电容层析成像系统传感器场域分析与计算

论文摘要

电容层析成像技术是基于电容敏感机理的过程成像技术,以其非辐射、非侵入、响应速度快、结构简单、成本低、适用范围广、安全性能好等优点,成为目前过程层析成像技术发展的主流和研究热点,具有广泛的工业应用前景。本文针对传感器敏感场分布、传感器结构参数优化设计等关键技术问题进行了较全面深入的研究。首先,电容层析成像技术(ECT)是一种基于电容传感器机理的过程成像技术,以12电极电容阵列传感器ECT系统为背景,深入研究电容层析成像系统的技术特点和系统组成。从理论上分析ECT系统的工作原理,采用有限元方法对系统进行建模与分析,介绍了敏感场的计算方法,借助大型ANSYS有限元分析工具,建立电容传感器结构模型,并得到电极间敏感场的分布,分析了电容传感器在不同参数下电容变化情况,为了避免粒子在全局附近振荡和粒子陷入局部最优,提出了改进PSO与改进混沌搜索策略的混合新算法。以敏感场整体灵敏度大小系统性能为目标,优化了电容传感器结构,得到了一组最优的传感器结构参数,提高了敏感场的灵敏度和均匀性,使传感器性能得到明显的改善。其次,利用ANSYS编程语言和C语言实现了本文提出的方法和算法,具有传感器建模、自动剖分、电容及敏感场分布自动计算、结构参数优化和多种图象重建等功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 电容层析成像技术发展与研究现状
• 1.2.1 微小电容测量和采集电路的研究现状
• 1.2.2 传感器结构设计研究现状
• 1.3 多相流检测技术的特点
• 1.4 课题来源及研究内容
• 第2章 电容层析成像系统技术原理.
• 2.1 引言
• 2.2 ECT 系统组成结构
• 2.3 电容传感器系统结构
• 2.4 电容数据采集系统
• 2.5 图像显示系统
• 2.6 电容层析成像系统的工作机理
• 2.7 本章小结
• 第3章 ECT 系统敏感场仿真
• 3.1 引言
• 3.2 电容传感器数学描述
• 3.3 正问题的有限元法
• 3.3.1 ECT 电场模型剖分及电容计算
• 3.3.2 灵敏度分布函数
• 3.4 本章小结
• 第4章 ECT 传感器传感器参数优化
• 4.1 引言
• 4.2 结构参数对传感器性能的影响
• 4.3 传感器优化目标
• 4.4 阵列电极结构参数优化
• 4.5 粒子群算法传感器参数优化设计
• 4.5.1 经典粒子群算法
• 4.5.2 改进混沌的粒子群优化算法
• 4.6 本章小结
• 第5章 实验结果及分析
• 5.1 电容仿真实验结果
• 5.2 图像重建实验结果
• 5.2.1 多滴流成像实验
• 5.2.2 不同模拟流型成像实验
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢