發(fā)布時間：2022-02-14 17:52

　　電容層析是過程層析技術(shù)中被廣泛應(yīng)用于兩相流和多相流的一種檢測技術(shù),由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、無輻射和低成本的特點,目前在石油和天然氣運輸方面工業(yè)前景廣闊,研究其發(fā)展具有重要意義。電容層析技術(shù)的主要原理是利用被測區(qū)域內(nèi)介質(zhì)介電常數(shù)變化引發(fā)的測量電容值變化,將其通過圖像重建算法轉(zhuǎn)變?yōu)榻橘|(zhì)分布情況。本文介紹了電容層析成像系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和工作機理,分析了電容值、靈敏場和灰度值間的關(guān)系,提供了電容層析成像系統(tǒng)的圖像重建的理論依據(jù)。由于電容層析系統(tǒng)的敏感場分布在三維空間內(nèi),傳統(tǒng)的ECT技術(shù)以二維斷層圖的形式作為重建結(jié)果,無法反應(yīng)介質(zhì)分布的空間信息,本文采用直接三維ECT技術(shù),在仿真模型的基礎(chǔ)上對主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響做了研究,并通過實驗確立了實際的結(jié)構(gòu)參數(shù)。在三層八電極的傳感器模型上設(shè)計了一種不同層三電極激勵模式,實驗證明單激勵模式比多激勵模式測量到的電容值變化范圍更大,但三電極激勵模式相較于其他兩種模式在圖像重建準(zhǔn)確率上更高,有噪聲干擾時圖像重建結(jié)果具有穩(wěn)定性。由于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在ECT系統(tǒng)中面臨著收斂速度慢、重建精度低的問題,本文對AlexNet卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行了深入研究,針對ECT系統(tǒng)的電容值數(shù)據(jù)進(jìn)... 

【文章來源】：哈爾濱理工大學(xué)黑龍江省

【文章頁數(shù)】：59 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

系統(tǒng)基本組成結(jié)構(gòu)

哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-8-2.1.1ECT傳感器系統(tǒng)ECT系統(tǒng)中傳感器系統(tǒng)由絕緣管道、檢測電極和屏蔽電極三部分構(gòu)成，如圖2-2所示。絕緣管道通常采用有機玻璃，它可以在方便觀察流體的同時具有絕緣作用。檢測電極通常由銅箔構(gòu)成，屏蔽電極主要由屏蔽罩、徑向電極和軸向電極構(gòu)成[17]。屏蔽罩能夠防止外界電場的干擾和因外界物質(zhì)介電常數(shù)的變化引起的電容值的變化。徑向電極指向圓心且與屏蔽罩相連，它把各檢測電極分開，可以減小相鄰電極間的靜態(tài)電容，提高電容響應(yīng)的靈敏度[18]。當(dāng)管道內(nèi)多相流介質(zhì)狀態(tài)發(fā)生改變時介電常數(shù)隨之變化，傳感器系統(tǒng)所測量的電容值也相應(yīng)改變，這樣圖像重建系統(tǒng)就能把管道內(nèi)流體的實時分布情況展現(xiàn)出來。電容傳感器的作用是將傳感器敏感空間內(nèi)兩相流體的分布轉(zhuǎn)換為各電極對間的電容，是系統(tǒng)信息的最初來源。ECT技術(shù)對傳感器性能要求一般有靈敏度高、抗干擾能力強、高頻特性好。圖2-2三維傳感器結(jié)構(gòu)圖Fig.2-2Thestructurediagramofthe3DECTsensor傳感器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有電極板的數(shù)量、極板張角、極板長度，絕緣管道的厚度、徑向電極等。傳統(tǒng)的二維傳感器只有一層測量電極，測量時只對同層極板之間的電容值測量，而三維ECT傳感器是在管道外壁鋪設(shè)多層極板，激勵模式可以為單電極、同層相鄰雙電極和不同層雙電極等。當(dāng)測量電極數(shù)量較多時，會造成測量周期過長等問題，不利于隨時獲得測量某時間點的流體形狀。如果極板層數(shù)較少，可以測量到的獨立電容值數(shù)量會相對變少，流型軸向分布不能較好體現(xiàn)，電極數(shù)量過多，流型軸向分布不能較好體現(xiàn)。設(shè)計一種既能保證測量精度又能保證速度的模型尤為關(guān)鍵。極板間張角的大小決定了極板的寬度，間接決定了電極板的面積，極板面積越大，測量的電容值越大，可以降低

哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-17-的用表示。(3-2)當(dāng)i極板施加激勵電壓時，對應(yīng)的感應(yīng)電荷為(3-3)其中，包圍電極j的封閉曲線用表示，n是的單位法向量。i和j之間的電容值可以表示成(3-4)式中，Uij是極板間的電壓值，而Qij的關(guān)鍵在于求解電位分布。3.1.2傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的研究與設(shè)計二維傳感器采用的電極板數(shù)量為8個，結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)傳感器截面圖Fig.3-1Thecross-sectionaldiagramoftheECTsystem圓形管道外壁均勻布置8個銅質(zhì)檢測電極板，相鄰極板間不重疊相交，存在一定距離。為防止外界電磁場對測量結(jié)果的影響，在管道壁外部增設(shè)一屏蔽罩。在測量電容時為降低其他極板對測量極板產(chǎn)生的干擾電容，在相鄰極板之間設(shè)置接地的徑向極板。實驗中，用表示管道內(nèi)徑、表示管道中心到極板的距離、表示管道中心到屏蔽罩的距離、表示極板間的角度、表示徑向極板的長度、表示管道壁的介電常數(shù)、表示屏蔽罩和極板間絕緣材料的

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電容層析成像圖像重建[J]. 孫先亮,李健,韓哲哲,許傳龍.  化工學(xué)報. 2020(05)
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博士論文
[1]直接三維ECT傳感器及重建算法的研究[D]. 王伊凡.沈陽工業(yè)大學(xué) 2014
[2]電容層析成像系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 李巖.哈爾濱理工大學(xué) 2010



本文編號：3625005