電容層析成像系統(tǒng)陣列電極三維優(yōu)化設(shè)計

張立峰， 朱炎峰

(華北電力大學(xué) 自動化系，河北 保定 071003)

1 引 言

電容層析成像(electrical capacitance tomography, ECT)技術(shù)是一種基于電容敏感原理的兩相流參數(shù)測量技術(shù)。通過測量陣列電極傳感器的電容值變化，反演出管道內(nèi)部不同介質(zhì)介電常數(shù)的分布圖像[1,2]。目前，ECT技術(shù)在油/氣兩相流、氣/固兩相流和循環(huán)流化床等工業(yè)過程中得到了初步應(yīng)用[3]。ECT系統(tǒng)由陣列電極傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及計算機(jī)圖像重建系統(tǒng)組成。其中，陣列電極傳感器的設(shè)計一直是學(xué)者們研究的重要問題之一，陣列電極的結(jié)構(gòu)及參數(shù)直接影響到測量電容值的大小、敏感場均勻性及成像效果。ECT的直接三維圖像可更好地反映被測物體空間分信息，一直是研究的熱點[4]。其中，三維ECT圖像重建采用多層測量極板，按一定方式排列，通過測量同層及各層之間電容極板間的電容值，直接構(gòu)建物質(zhì)分布的三維圖像。三維ECT傳感器與二維ECT傳感器相比，在二維結(jié)構(gòu)參數(shù)的基礎(chǔ)上，增加了軸向結(jié)構(gòu)參數(shù)，譬如電極高度、層間距等因素[5]，可變因素增多，使得影響ECT系統(tǒng)檢測性能的因素分析工作更加復(fù)雜，因此需要進(jìn)行深入的研究。有許多學(xué)者對ECT傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計[6]，大致可分為2類：第一類為二維參數(shù)優(yōu)化，重點討論單截面ECT傳感器的電極個數(shù)、電極寬度以及徑向電極[7]；第二類方法為ECT傳感器三維建模，研究電極個數(shù)、電極高度、電極寬度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對成像的影響，但有的學(xué)者計算優(yōu)化指標(biāo)時仍取某個二維截面計算[8]。……