電容層析成像

電容層析成像 技術根據被測物質各相具有不同的介電常數(shù)，當各相組分分布或濃度分布發(fā)生變化時，將引起混合流體等價介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使測量電極對間的電容值發(fā)生變化，在此基礎上，利用相應的圖像重建算法重建被測物場的介電分布圖。目前電容層析成像分為圓周是和平面式兩種。

ECT圖像重建涉及兩個重要的計算過程：正問題和反問題。正問題由已知的介電常數(shù)求解電極對間的電容值；反問題由已知的電容數(shù)據估計被測區(qū)域的介電常數(shù)分布。經過20多年的發(fā)展，ECT技術在應用領域的擴展、傳感器的設計、圖像重建算法等方面取得了豐碩的成果。ECT因具有快速、安全、廉價等優(yōu)點而被認為是一種具有廣闊發(fā)展前景的過程成像技術。目前，ECT技術已被應用于氣液兩相流空隙率測量及流型識別、流化床氣固兩相濃度分布可視化、氣力輸送、火焰可視化、凍土水分遷移過程的可視化等多個領域。

(轉載至百度百科）

     ECT 的正問題，指已經獲得傳感器結構數(shù)據，以及被測對象內部多相流各相介質位置分布信息，以仿真計算為基礎求解出各個電極之間的電容數(shù)值。通常對 ECT 正問題的研究包括兩個基本內容，一個是已知電容傳感器的結構參數(shù)尺寸和被測對象內部的介質流型，計算已知流型下各組電極極板之間的電容值；另一個是計算 ECT 傳感器被測場域的靈敏度分布函數(shù)矩陣，該矩陣是后期要進行圖像重構的先驗信息。通過對 ECT 正問題的研究可以為優(yōu)化 ECT傳感器和研究改進圖像重建算法提供先決信息。

    ECT 敏感場的軟場特性
    與 X 射線等射線成像技術相區(qū)別的是，ECT 中的敏感場具有“軟場”特性。其“軟場”特性體現(xiàn)在，當電力線穿過被測對象內介質時會受被測介質分布的影響而發(fā)生彎曲。ECT 的敏感區(qū)域中介電常數(shù)的變化將引起敏感場中較為復雜的變化，這增加了對系統(tǒng)研究的難度。電場中電介質的極化現(xiàn)象造成了 ECT 的“軟場”特性，極化電荷引起的電場改變了原有敏感場中的電場，因此導致 ECT 敏感場的靈敏度分布會受敏感場內介質的分布而變化，即“軟場”特性。另外，即使是在空場情況下，ECT 的電場分布也很不均勻，這更增加了研究的難度。

   ECT 傳感器的敏感場具有“軟場”特性，同時其敏感場也非常不均勻，主要體現(xiàn)在：在敏感場邊緣處，如管道的管壁附近和靠近激勵極板的位置，其靈敏度非常高；而在敏感場的中心位置，靈敏度卻很低甚至為負值。ECT 敏感場的靈敏度指的是，在被剖分為若干單元的敏感場中，所有單元都被設置為低介電常數(shù)物質，當其中一個剖分單元的介電常數(shù)改為高介電常數(shù)時所引起的電容值的變化即為靈敏度，敏感場中所有單元的靈敏度就構成了靈敏度分布。本節(jié)通過引入靈敏度評價設計的規(guī)則幾何形狀 ECT 傳感器的靈敏程度和性能。靈敏度的含義是某個剖分單元內部介質變化引起的電容值變化，求解方法是先將管道內區(qū)域進行四面體剖分，通過有限元計算法分別計算得到空管和滿管時的 28 個電容值，再改變管道內單元 k 的介電常數(shù)為高介電常數(shù)B? 計算得到對應的電容值

 

靈敏度場分布