电容成像技术在热物理量测量中的应用研究

论文摘要

电容层析成像技术是近年来发展起来的一项基于电容敏感原理的过程成像技术,该技术具有非辐射、非侵入、响应速度快、结构简单、成本低、可获取二维/三维过程参数信息等优点,是一项极具发展潜力的过程成像技术。本文针对电容层析成像技术的图像重建、传感器设计及标定等关键技术进行了深入的研究,具体内容如下: 详细总结了电容层析成像图像重建算法,将算法分为非迭代类、迭代类及智能优化三大类,并对算法的各类准则加以总结。同时,在总结近几年应用较广泛的迭代方法的基础上,给出了一种通用迭代公式,推导出了通用优化迭代步长公式,进一步导出了通用迭代-单步法公式。 比较了四种不同正则类算法,结果表明,除深度归一法外,标准Tikhonov法、光滑约束法及Rutishauser法成像质量无明显区别。实际应用中考虑正则参数的取值范围,应优先采用标准Tikhonov法、光滑约束法。此外,还采用相关系数、空间图像误差及归一化均方距离等评价指标对常用的ECT图像重建算法进行了比较评价。 提出一种采用均匀设计与最小二乘支持向量机相结合的电容层析成像传感器结构参数优化方法。该方法以敏感场均匀度为设计目标,采用均匀设计安排试验,并用因素轮换法进行寻优计算,从而得出优化的传感器结构参数。结果表明:经过优化的电容成像系统具有较好的成像效果。该方法试验次数少,具有较强的实用性。 针对常规传感器无法满足微小尺度脉动热管流型测量的需要,比较分析了三种不同径向电极布置方法,提出一种新型径向电极布置的微小尺度传感器,并对电极间绝缘介质介电常数及屏蔽罩与电极外表面距离对电极对间电容的影响都进行了详细的探讨。将新设计的传感器用于脉动热管流型监测,获得了较好的结果。 根据代用炸药压制成型测量的特点,提出采用无径向电极的内置电极传感器布置方式,采用线性标定法,并对该方法进行了验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 过程参数检测的意义
• 1.2 过程成像技术的发展历史
• 1.3 过程成像技术的特点及分类
• 1.3.1 过程成像技术的特点
• 1.3.2 过程成像技术的分类
• 1.4 电容层析成像的研究热点、存在的问题及展望
• 1.4.1 研究热点
• 1.4.2 存在问题
• 1.4.3 发展展望
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 电容层析成像技术
• 2.1 拉冬（RADON）变换和拉冬逆变换的基本原理
• 2.2 电容层析成像系统构成
• 2.3 电容测量电路
• 2.4 电容层析成像正问题
• 2.5 电容层析成像逆问题
• 2.5.1 敏感场简介
• 2.5.2 图像重建准则
• 2.5.3 非迭代法
• 2.5.4 常规迭代类图像重建算法
• 2.5.5 智能优化图像重建技术
• 2.6 本章小结
• 第三章 多相流流型的电容层析成像图像重建算法
• 3.1 TIKHONOV图像重建算法比较
• 3.2 图像重建算法比较与评价
• 3.3 LANDWEBER迭代法在多孔内框架结构成像中的应用研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 电容层析成像传感器结构设计
• 4.1 电容传感器的结构
• 4.2 电容层析成像传感器优化设计
• 4.2.1 传感器结构参数优化目标函数
• 4.2.2 传感器结构参数均匀设计
• 4.2.3 LS-SVM回归
• 4.3 小尺度电容层析成像传感器结构分析
• 4.3.1 微小尺度传感器结构
• 4.3.2 不同径向电极在新型小尺度传感器结构中的作用
• 4.3.3 电极间绝缘介质对微小尺度传感器的影响
• 4.3.4 屏蔽罩与电极间的距离对微小尺度传感器的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 电容层析成像系统特殊标定方法研究与应用
• 5.1 常规归一化方法及原理
• 5.2 内置电极标定方法在代用炸药压制成型工艺中的应用
• 5.3 通道型多孔介质火焰测量中的标定方法研究
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 博士研究生在读期间参加的科研课题
• 博士研究生在读期间发表的论文
• 致谢