电容成像传感器优化设计及其试验研究

为了减小电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography,ECT)传感器相邻极板间耦合电容引起电容测量时的噪声值,设计了差分电极传感器系统并对差分电极与测量电极距离进行参数优化。实验系统采用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)直接数字频率生成模块生成数字量的正弦激励信号,通过D/A转化为正负交流信号分别对测量电极和差分电极进行激励。差分电极与测量电极到管道中点的距离比例约1:1.2时传感器灵敏度最佳,仿真图像误差降低至0.23,图像相关系数提升到0.84;实验中空场时的系统平均信噪比比普通传感器提升了5.10dB,满场时的系统平均信噪比提升了4.50dB,相邻电极对的静止电容减少至38%,而电容变化占用最多测量值,即62%。差分电极传感器系统经过电极之间距离的优化设计,传感器系统性能得到提升,通过实验验证其可行性,并且能够应用在滑油监测。     

电容成像双共轭梯度图像重建改进算法

针对电容层析成像技术（ECT）逆问题中软场效应的影响,以及重建图像时使用的传统迭代类算法迭代次数多、成像速度慢等问题,将双共轭梯度（BICG）应用到电容层析成像技术中,为了得到更好的重建效果,提出了双共轭梯度与正则化思想相结合来求解逆问题的最佳解。通过COMSOL5.3软件进行建模,使用MATLAB 2014a进行图像重建与图像评估,分别使用Tikhonov、Landweber、共轭梯度（CG）、BICG、所提改进算法进行图像重建。实验表明:所提改进算法的成像效果不仅优于其他迭代类算法,而且大大缩短了图像重建需要的时间;尤其对一些复杂流型成像效果更佳,图像错误率低至约0.2,相关系数高达约0.88,成像时间缩短至2.77 s,迭代次数减少至20次。