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

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

论文题目: 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

论文类型: 博士论文

论文专业: 控制科学与工程

作者: 张惠良

导师: 荣冈

关键词: 电极激励,微电容检测,图像重建,系统标定,粉料喂料

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 两相流系统是一个复杂的非线性动态系统,相间存在着界面效应和相对速度,致使两相流参数检测的难度较大。在国际上,两相流参数检测也是一个急待发展的探索研究领域。在两相流系统中,空隙率和流型是两相流中两个非常重要的参数,对两相流的空隙率和流型的在线测量与研究分析对生产过程的安全性、节能和运行的可靠性具有重要意义。电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography,简称ECT)技术,由于其传感器具有响应速度快、与被测物流非接触、安装方便及可对物流情况进行可视化观察与测量的特点,近年来在两相流的研究方面得到了越来越多的应用。但由于ECT技术中,首先所检测的微电容量及其因物流相含率的变化所引起的变化量很小(为fF级),而由相关的连接同轴屏蔽电缆与切换CMOS开关所引入的杂散电容远远大于测量电容,微电容的测量容易受杂散电容等的影响;其次,多电极电容传感器测量区内的电场受介质分布(流型)的影响,且测量区内的空间响应灵敏度极不均衡,其影响图像重建的不确定性;其三,ECT中的图像重建,由于其是一个欠定问题的求解,在迭代求解方法中,迭代的初值影响迭代过程收敛到近似解的速度;其四,对于气/固两相流应用而言,由于ECT系统在线标定的难以实现,管壁磨损等因素的影响制约该技术应用于生产工艺中气/固两相流的长期连续检测。改善ECT技术中微电容检测精度、改进测量区灵敏场的均衡性等有助于提高重建图像的质量,有利于拓展ECT技术的应用范围。本文的主要创新工作内容为: 1)针对粉料喂料计量系统中,转子计量秤受秤内粉料堆积形状的不稳定影响,使得被测物料的平均重心离刀口支轴的力臂发生变化而引起较大的计量误差。研制了一套可进行单/双电极激励模式切换的12电极ECT样机,对转子秤内部分隔为8和12格分格数的DZC—30转子秤系统进行试验。利用ECT提高有关下料状况的信息,改进转子秤内部机械结构设计及喂料系统控制性能,经实际工艺线使用,改进后的喂料系统其计量精度从原来的3%提高到1%,有利于企业产品质量的提高和节能降耗。 2)针对所测的电容值小、动态范围大、易受杂散电容影响的特点,系统采用基于AC激励原理的C/V转换检测方法,利用数值合成正弦波发生器产生激励与参考信号,

论文目录:

摘要

ABSTRACTS

致谢

目录

第一章 电容层析成像技术概述

1.1 前言

1.2 多电极电容传感器优化设计

1.2.1 优化目标函数

1.2.2 因素轮换法优化设计

1.2.3 正交法优化设计

1.3 ECT中的微电容检测

1.3.1 基于电荷充放电原理微电容检测

1.3.2 基于主动差分原理的微电容检测

1.3.3 基于电荷放大原理的微电容检测

1.3.4 基于AC激励原理的微电容检测

1.4 ECT中的图像重建技术

1.4.1 电容层析成像(ECT)数理基础

1.4.2 基于线性反投影(LBP)算法

1.4.3 基于模型算法

1.4.4 查表法

1.4.5 迭代重建算法

1.4.6 神经元网络法

1.5 本文主要内容

1.6 小结

参考文献

第二章 ECT系统多电极激励方法分析研究

2.1 前言

2.2 电容层析成像(ECT)微电容测量

2.3 ECT多电极激励数学模型与方法

2.4 仿真实验

2.5 结果分析

2.6 小结

参考文献

第三章 ECT系统双电极激励方法实验研究

3.1 前言

3.2 双电极激励方法

3.3 不同电极激励方式的灵敏场仿真与分析

3.3.1 单电极激励下的仿真计算

3.3.2 双电极激励下的仿真计算

3.3.3 不同激励方式下的灵敏场分析

3.4不同激励方法对图像重建质量的影响实验

3.4.1 图像重建方法

3.4.2 重建图像比较

3.5 小结

参考文献

第四章 电容层析成像系统标定方法与参数修正

4.1 前言

4.2 ECT系统标定

4.2.1 电容归一化与系统标定原理

4.2.2 系统标定方法

4.3 传感器磨损检测与仿真

4.4 小结

参考文献

第五章 ECT系统设计及其在粉料喂料系统设计中的应用

5.1 前言

5.2 粉料喂料系统

5.3 ECT系统设计与图像重建

5.3.1 微电容检测稳定性改善

5.3.2 C/V转换电路抗杂散电容性能分析

5.3.3 图像重建稳定性改进

5.3.4 系统标定及其残留量补偿

5.4 ECT系统在转子计量秤辅助设计中的应用

5.4.1 转子秤下料特性测试及结果分析

5.4.2 粉料喂料系统优化设计

5.5 小结

参考文献

第六章 总结与展望

6.1 研究工作的总结

6.2 研究工作的展望

附录A:主要参数说明

附录B:东莞水泥实业公司2005年3月份粉料库盘存情况

附录C:绍兴赵山建材有限公司2005年4月份粉料库盘存情况

附录D:个人简历

附录E:攻读博士学位期间发表的论文与参加的课题

发布时间: 2005-07-27

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