摘要：为了扩展电阻层析成像系统的测量范围,提出了一种采用电压激励、电流测量模式的双截面电阻层析成像(ERT)系统,可避免因负载电阻增大而导致的电压饱和现象.分析了双截面ERT系统采用异步工作模式的不足,提出了双截面同步工作模式,并给出了该模式下的三维敏感场有限元仿真方法.实验结果表明,该系统的测量数据相对变化量的均方根误差最大值不超过0.15%,各通道测量数据的标准方差可控制在0.03%～0.12%之间,显示出良好的数据重复性及通道一致性.竖直管内的气/液两相流实验表明,系统测量范围得到了有效扩展,该双截面ERT系统可实现两相流的在线测量,实现流型和截面气体持率的在线监测.

摘要：针对两相流流动过程变化快速等特点,设计并实现了一种基于CPCI(compact PCI)总线的电阻层析成像系统,该系统硬件结构采用可重构、框架式、柔性测试设计思想,将系统各功能分模块实现.通过FPGA实现各模块内功能的实现与控制以及模块间协作,利用DMA方式实现检测数据的高速传送;系统上位机人机交互软件同样采用模块化设计,将数据采集与数据处理功能通过多进程方式进行区分,可实现多种数据处理算法(图像重建算法、两相流参数计算与流型识别算法等)的集成与选择.静态模拟实验结果表明该系统可达到1 040幅/s数据的采集速度,并能实现较好的多物体图像重建,通过气水两相流动态模拟实验进一步验证了该系统在两相流检测中的应用潜力.

摘要：提出一种用于两相流测量的高速电阻层析成像(electrical resistance tomography,ERT)系统。该系统采用双极性脉冲电流源为激励电极对提供激励信号,避免了直流激励造成的电极极化效应,同时简化了滤波电路的设计,相对于常规的交流激励ERT系统显著提高了数据采集速度。针对成像速度较快但成像质量差的线性反投影算法(linear back projection,LBP),采用离线预迭代技术对其进行改进,提出一种改进型线性反投影算法(modified LBP,MLBP),可高速重建较好质量的ERT图像。数值仿真和采用实际测量数据重建图像的结果表明,基于高速数据采集技术和改进的图像重建算法的高速ERT系统可实现两相流实时在线测量。

摘要：为了提高电阻层析成像有限元计算精度,模拟相邻激励模式下敏感场内电流线的分布密度与分布形式,设计了一种新型拓扑结构的有限元模型。仿真与实际实验结果表明:相同实验条件下,新型拓扑结构的有限元模型与其他模型相比,提高了三角形有限元的质量,从而降低了有限元的形状误差,更有利于场域中场矢量变化的平稳过渡;降低了敏感场均匀分布时模型均方根值,提高了电阻层析成像正问题的计算精度;提高了对不同典型流型的反演效果。

摘要：电阻层析成像系统图像重建的质量主要依赖于灵敏度矩阵的建立,而灵敏度矩阵的建立由传感器阵列电极结构参数决定。因此,为提高重建图像质量,对阵列电极结构的研究很有意义。文章在分析电阻层析成像的理论基础上,采用有限元变分原理建立敏感场数学模型,并利用迭代方法求解在相邻电极激励下重建数学模型。最终,通过分析宽电极覆盖率及接触阻抗对电极端电流线及图像重建质量的影响,表明传感器电极的结构参数对电阻层析成像敏感场灵敏度的分布有重要影响,进而影响重建图像的质量。因此对阵列电极结构参数的设计优化是极其必要的。

摘要：在电阻层析成像系统中,激励模式和电极数目的设计直接影响到整个系统。为了提高重建图像质量,更好地指导ERT系统设计,对敏感场进行深入的分析是必要的。通过电磁场有限元仿真软件COMSOL,构建ERT的电极模型,通过对空场和离散介质场域的仿真研究,分析了各个因素对敏感场的影响,并对四种典型流型进行了图像重建。仿真实验表明,COMSOL图像重建效果满意,为图像重建的研究提供了新的思路。

摘要：电阻层析成像是利用多相介质具有不同的电导率,通过传感器测得数据,运用适当的算法重建电导率分布的一种过程层析成像技术。针对现有的成像技术存在的成本高、响应速度慢、不能测量导体的问题,设计了一种新型高精度电阻层析成像系统。硬件部分主要设计了DDS信号产生电路、电流源产生电路、微弱电压信号接收与调理电路、RS485通讯以及STM32F407和CPLD最小系统电路。实际实验搭建了固液两相流测量装置,结果表明该系统成像精度高、实时性好。

摘要：针对电容耦合电阻层析成像传感器的优化设计,首先利用有限元仿真软件建立了12电极传感器有限元模型,并分析了后续图像重建所需的传感器灵敏场,之后将该仿真模型与实际传感器相应的测量数据及重建图像进行对比验证,研究表明仿真与实验结果能够较好吻合,为对传感器性能进一步研究提供可靠基础。为了提高系统稳定性及抗干扰能力,以该原始模型为基准,分别对两种不同结构的传感器模型进行仿真分析,并研究其对系统测量值的影响。最后,在选定了传感器的基本模型的基础上,基于对传感器性能影响最小的角度进行分析,对该传感器尺寸进行优化。本研究为系统设计提供重要依据。

摘要：电阻层析成像(ERT)技术具有快速、非侵入性及可视化的特点,优于常规方法及其它层析成像模式,已在气液(固)多相流动体系中得到广泛应用。本工作以气液(固)多相流动体系为研究对象,介绍了ERT测试工作原理,分析了ERT与其它多相流检测技术的特点,综述了ERT在多相流动3个重要特性和过程参数测量中的应用进展,指出了ERT技术应用过程中需要解决的问题(流型辨识的标准化、识别过程参数的准确性、时间分辨率和空间分辨率均衡化等)。ERT作为流体流动的可视化工具,在优化电极阵列、图像重建算法或建立三维(四维)场模型的基础上,提出了工业过程参数动态信息与流体力学数值模拟相结合的模式,可有效验证数学模拟的准确性,延伸了其应用领域。

摘要：针对目前电阻层析成像(ERT)系统实时性欠佳的问题,研制成功一套基于DSP和USB2.0技术的ERT数据采集系统。模块化设计保证了系统良好的可维护性和可扩展性,双极性脉冲电流激励技术和优化的结构设计实现了系统高速的数据采集能力,从而突破了ERT系统数据采集速度的瓶颈问题。测试结果表明,系统在取得良好精度的同时达到1464帧/秒的数据采集速度,满足了实际工业应用的实时性要求。