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基于广义矢量模式匹配算法的ECT系统设计及应用

作　者: 赵媛
导　师: 刘永红
学　校: 燕山大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 电容层析成像 LCR表 多通道数据采集 广义矢量模式匹配算法 循环流化床
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


电容层析成像(electrical capacitance tomography,ECT)技术是基于电容敏感机理,利用物场内介电特性的变化来获取物场信息的一种过程层析成像技术,该技术具有非侵入、无辐射、响应快、成本低等优点,近年来得到了迅速发展,广泛应用于气固两相流的参数检测等领域。本文以12电极ECT系统为研究对象,对微弱电容测量、多通道数据采集和图像重建算法等关键问题做了深入研究。在此基础上,完成了测量与数据采集系统的软硬件设计,提出了一种基于广义矢量模式匹配的图像重建算法,并进行了基于ECT系统的气固流化床下降管中固相含率检测的实验研究。针对ECT系统在循环流化床中气固两相流参数检测方面的应用,本文提出了一种以Agilent 34980A多通道数据采集控制模块及Agilent E4980A精密LCR表为核心的硬件设计方案,完成了在Visual Basic 6.0编译环境下,使用SCPI标准命令集驱动VISA.COM控件的软件设计,实现了对Agilent系列仪器的智能控制。分析了几种典型的ECT图像重建算法及其特点,提出了一种基于广义矢量模式匹配的图像重建算法,通过Mathematica7.0数值仿真软件对气固两相流多种流型进行了图像重建,并分别与线性反投影法、Landweber迭代法的重建图像相比较。仿真实验结果和图像质量评价参数的分析均表明广义矢量模式匹配算法的精度高,重建质量好。运用本论文设计的ECT系统,对循环流化床中气固两相流的固相含率检测进行了实验,获得了在不同气/固两相流速下的流化床下降管内某截面的颗粒体积分数分布情况的图像。另外,还给出了颗粒体积分数误差、寄生电容和电容相关量三项评价参数并做了相应的分析。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-21
  1.1 课题研究的背景及意义  9-10
  1.2 过程层析成像技术概述  10-15
    1.2.1 过程层析成像技术原理与特点  10-12
    1.2.2 过程层析成像技术分类  12-15
  1.3 ECT 技术的发展及国内外研究现状  15-20
    1.3.1 ECT 技术的发展历史  15-17
    1.3.2 ECT 技术的研究现状及应用领域  17-20
  1.4 课题研究的主要内容  20-21
第2章 电容层析成像系统  21-32
  2.1 电容层析成像系统的测量原理  21
  2.2 电容层析成像的数理模型  21-24
    2.2.1 电容层析成像的正问题  21-23
    2.2.2 电容层析成像的逆问题  23-24
  2.3 电容层析成像系统的组成  24-29
    2.3.1 电容传感器  25-27
    2.3.2 测量及数据采集系统  27-28
    2.3.3 图像重建计算机  28-29
  2.4 电容层析成像技术特性分析  29-31
    2.4.1 ECT 技术的优势特点  29
    2.4.2 ECT 技术难点  29-30
    2.4.3 ECT 技术的发展方向  30-31
  2.5 本章小结  31-32
第3章 测量与数据采集系统的设计  32-43
  3.1 引言  32
  3.2 系统的硬件设计  32-38
    3.2.1 多通道数据采集控制单元  33-35
    3.2.2 电容测量单元  35-36
    3.2.3 电压源的选择  36-37
    3.2.4 GPIB 接口  37-38
  3.3 系统的软件设计  38-41
  3.4 本章小结  41-43
第4章 基于GVSPM 的图像重建算法  43-57
  4.1 引言  43
  4.2 典型的图像重建算法  43-47
    4.2.1 线性反投影算法  44-45
    4.2.2 Landweber 迭代法  45-46
    4.2.3 智能优化类图像重建算法  46-47
  4.3 广义矢量模式匹配算法  47-51
    4.3.1 GVSPM 算法的目标函数  48
    4.3.2 GVSPM 算法的迭代过程  48-50
    4.3.3 GVSPM 算法的收敛条件  50-51
  4.4 不同图像重建算法的仿真结果比较  51-53
  4.5 图像重建质量评价及分析  53-55
  4.6 本章小结  55-57
第5章 ECT 技术在循环流化床中的应用  57-69
  5.1 引言  57-58
  5.2 循环流化床实验装置  58-60
  5.3 实验结果及分析  60-62
  5.4 重建图像质量评价指标  62-68
    5.4.1 颗粒体积分数  62-66
    5.4.2 寄生电容和电容相关量  66-68
  5.5 本章小结  68-69
结论  69-71
参考文献  71-77
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  77-78
致谢  78-79
作者简介  79

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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