论文题目: 电容层析成像系统的研究与应用
论文类型: 博士论文
论文专业: 检测技术与自动化装置
作者: 何世钧
导师: 王化祥
关键词: 电容层析成像,支持向量机,传感器优化设计,图像重建,总线,有限元模型
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 电容层析成像(ECT)技术是基于电容敏感机理的过程层析成像(PT)技术。ECT系统具有非侵入、响应速度快、成本低等优点,可提供封闭管道及容器内部二维/三维可视化信息,在工业过程参数可视化检测应用中是一种非常有发展潜力的技术。本文的研究内容主要包括传感器的结构参数优化设计,图像重建算法研究以及硬件系统设计。主要研究内容和结果如下:1、编写了基于Matlab的ECT系统仿真软件包。软件包可自动建立8电极、12电极和16电极的二维/三维传感器模型;可计算灵敏度系数分布,绘制二维/三维灵敏度系数分布图。逆问题部分实现了反投影算法、动态滤波反投影算法、RBF神经网络算法以及SVM算法。2、传感器的结构参数优化设计。对传感器敏感场的灵敏度分布进行了研究,分析了电极数目、结构参数对敏感场的影响,并以此对传感器的结构参数进行了优化设计;以四面体作剖分单元构成三棱柱六面体成像单元,实现了用线性插值函数的三维有限元剖分,建立了ECT传感器的三维有限元模型;给出了传感器三维敏感场的灵敏度分布,分析了其轴向响应特性,得出了介质分布沿轴向变化时的三维仿真计算结果。3、动态滤波反投影算法的提出。基于敏感场分布的不均匀性,对滤波反投影算法进行了修正,提出了动态滤波反投影算法。4、基于RBF网络的图像重建。对RBF网络在图像重建中的应用进行了探讨。5、基于支持向量机的图像重建研究。提出了基于C-支持向量分类机的图像重建算法;提出了一种基于支持向量机的四层神经网络算法用于三相流图像重建;实现了基于支持向量机的三维图像重建,进行了仿真实验。6、硬件系统设计。构建了一套ECT系统样机,设计方案中应用了嵌入式技术和CAN总线等技术,获得了大量的实验数据,为进一步的研究奠定了基础。
论文目录:
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 ECT 技术发展简介
1.1.1 过程层析成像技术
1.1.2 电容层析成像技术
1.2 ECT 技术的特点与需要解决的问题
1.3 本文的主要工作与创新
1.4 本文的组织
第二章 电容层析成像正问题分析
2.1 ECT 的正问题和逆问题
2.2 ECT 敏感场的数学描述
2.3 ECT 正问题求解
2.4 ECT 正问题的二维有限元解
2.4.1 二维等价变分问题
2.4.2 二维有限元剖分、插值函数选取及有限元方程
2.4.3 ECT 正问题的二维仿真
2.5 ECT 正问题的三维有限元解
2.5.1 三维等价变分问题
2.5.2 三维有限元剖分、插值函数选取及有限元方程
2.5.3 ECT 正问题的三维仿真
第三章 ECT 传感器的性能分析和优化设计
3.1 ECT 传感器的软场特性
3.2 ECT 传感器的灵敏度分布
3.2.1 敏感场的灵敏度计算
3.2.2 二维敏感场的灵敏度分布
3.2.3 三维敏感场的灵敏度分布
3.3 电极数目对敏感场的影响
3.4 结构参数对 ECT 传感器的性能的影响
3.4.1 传感器优化目标及性能参数
3.4.2 结构参数的优化设计
3.5 传感器的轴向响应特性研究
3.5.1 三维传感器模型的轴向响应特性
3.5.2 介质分布沿轴向变化时的仿真实验结果
第四章 电容层析成像系统图像重建算法
4.1 线性反投影算法
4.1.1 滤波反投影算法
4.1.2 迭代反投影算法
4.1.3 动态滤波反投影算法
4.1.4 反投影算法的仿真实验
4.2 人工神经网络
4.2.1 人工神经网络简介
4.2.2 前向神经网络
4.3 基于 RBF 网络图像重建算法
4.3.1 RBF 网络的基本理论
4.3.2 RBF 算法的仿真实验
第五章 基于支持向量机的图像重建算法研究
5.1 支持向量机的发展概况
5.2 分类问题和分类学习机
5.2.1 分类问题
5.2.2 线性可分模式的最优超平面和支持向量
5.3 支持向量机及其分类
5.3.1 线性可分支持向量分类机
5.3.2 线性支持向量分类机
5.3.3 非线性支持向量分类机
5.4 基于支持向量机的 ECT 图像重建算法研究
5.4.1 用于 ECT 图像重建的 SVM 体系结构
5.4.2 算法设计
5.4.3 仿真实验结果与讨论
5.5 多相流图像重建算法研究
5.5.1 多类分类问题
5.5.2 ECT 三相流图像重建研究
5.5.3 仿真实验
5.6 三维图像重建算法研究
5.7 基于支持向量机的相浓度计算
5.7.1 基于 ECT 传感器的离散相浓度的直接测量
5.7.2 基于支持向量机图像重建的相浓度计算
5.8 基于小波支持向量机的图像重建算法研究
5.8.1 小波支持向量机
5.8.2 图像重建仿真实验
第六章 电容层析成像系统设计
6.1 ECT硬件系统概述
6.1.1 基于数据采集卡的测控结构
6.1.2 基于嵌入式的测控结构
6.2 电容传感器设计
6.3 电容测量和数据采集单元的设计
6.3.1 激励电源设计
6.3.2 电容/电压(C/V)转换电路
6.3.3 交流可编程增益放大电路
6.3.4 相敏解调
6.3.5 低通滤波器
6.3.6 多路开关电路
6.4 数据采集卡
6.5 基于嵌入式技术的数据采集单元设计
6.5.1 控制器的选择
6.5.2 基于CAN 总线的通讯方式设计
6.6 数据采集系统性能分析
6.7 电容层析成像系统上位软件设计
6.7.1 上位软件功能介绍
6.7.2 系统标定模块
第七章 ECT 系统性能实验
7.1 静态性能测试
7.1.1 不同数目的物体成像实验
7.1.2 模拟流型静态成像实验
7.2 动态性能实验
7.2.1 数据采集时间
7.2.2 图像重建时间
第八章 总结及建议
参考文献
发表论文和科研情况说明
致谢
发布时间: 2006-05-24
参考文献
- [1].两相流电容层析成像技术的研究[D]. 陈德运.哈尔滨理工大学2006
- [2].内阵列电极电容层析成像[D]. 王丕涛.天津大学2016
- [3].基于γ-CT/ECT的多相管流可视化测量[D]. 薛倩.天津大学2012
- [4].多相流的电容层析成像图像重建研究[D]. 雷兢.中国科学院研究生院（工程热物理研究所）2008
- [5].电容层析成像系统关键技术研究[D]. 李岩.哈尔滨理工大学2010
- [6].小波分析技术在两相流检测中的应用研究[D]. 冀海峰.浙江大学2002
- [7].直接三维ECT传感器及重建算法的研究[D]. 王伊凡.沈阳工业大学2014
相关论文
- [1].多相流的电容层析成像图像重建研究[D]. 雷兢.中国科学院研究生院（工程热物理研究所）2008
- [2].电阻层析成像技术应用研究[D]. 余金华.浙江大学2005
- [3].电容层析成像技术及其在粉料喂料系统设计中的应用研究[D]. 张惠良.浙江大学2005
- [4].电容成像技术在热物理量测量中的应用研究[D]. 董向元.中国科学院研究生院（工程热物理研究所）2006