[發(fā)明專利]一種基于電磁層析成像的鋼水流速測量方法和裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910069163.4
• 申請日: 2009-06-05
• 公開（公告）號: CN101566639A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尹武良
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01P5/22
• 分類號: G01P5/22
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所
• 代理人: 程毓英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉屬于流體流速檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于電磁感應(yīng)原理的流體流速測量裝置和方法。

背景技術(shù)

電磁層析成像(Electromagnetic?Tomography，EMT或Magnetic?InductionTomography，MIT)是一種在二十世紀(jì)九十年代發(fā)展起來的基于電磁感應(yīng)原理的新型層析成像技術(shù)。它利用激勵線圈產(chǎn)生一次交變磁場，和被測物相互作用；不同電磁特性的被測物在不同頻率下產(chǎn)生不同的二次感應(yīng)交變磁場，因此測量二次感應(yīng)磁場可以反演被測物的電磁特性。二次磁場和一次磁場的疊加和測量線圈的感應(yīng)電壓成正比，感應(yīng)電壓包括了實部和虛部。

在EMT系統(tǒng)中，往往采用多個激勵線圈和接收線圈，這樣通過電掃描，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的激勵磁場來形成對被測物的多個方向的投影。根據(jù)測量得到的感應(yīng)電壓值，成像算法對物體內(nèi)部的電導(dǎo)率進(jìn)行重建，從而得到物體的切面圖像。目前為止，所有的線圈分布都是在一個切面上，其目的是形成切面圖像，而這樣的設(shè)計無法得到物體的流動速度(比如鋼水的流速)。申請?zhí)枮?2116905.5，發(fā)明人為徐苓安等的專利“電磁層析成像的基于相位反饋搜索信號解調(diào)裝置及方法”，以及申請?zhí)枮?00410047941.7，發(fā)明人為劉澤的專利“電磁層析成像系統(tǒng)的快速并行激勵裝置及方法”中均指利用分布在一個切面的線圈進(jìn)行物質(zhì)分布的重建。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種適用于鋼水流速測量的測量裝置與方法，以解決以上提到的問題，本發(fā)明利用雙電磁層析成像傳感器進(jìn)行物質(zhì)分布和流速測量。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

一種基于電磁層析成像的鋼水流速測量裝置，包括上游電磁層析成像傳感器、下游電磁層析成像傳感器、信號調(diào)理和采集單元、功率放大器和上位計算機，所述的上游和下游電磁層析成像傳感器分別由均勻分布在同一個切面上的環(huán)形線圈陣列構(gòu)成，兩個切面相互平行；對于每個傳感器，由上位計算機依次選通一個線圈作為激勵線圈，以其他線圈為接收線圈，對激勵線圈施加激勵信號，并控制信號調(diào)理和采集單元采集各個接收線圈的感應(yīng)信號；上位計算機對所采集上游和下游測量數(shù)據(jù)分別進(jìn)行圖像重建，得到各自的電導(dǎo)率分布圖像，然后再對兩幅電導(dǎo)率分布圖像進(jìn)行基于像素的互相關(guān)計算，從而得到鋼水的流速分布。作為優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的鋼水流速測量裝置，每個傳感器由3-32個線圈構(gòu)成；構(gòu)成電磁層析成像傳感器的線圈由絕緣導(dǎo)線繞制而成，繞線的直徑為0.1mm-10mm，繞線的匝數(shù)為10-1000匝，線圈的直徑為5mm-500mm。

本發(fā)明同時提供一種采用上述的測量裝置實現(xiàn)的鋼水流速測量方法，包括下列步驟：

(1)依次選通一個線圈作為激勵線圈，以其他線圈為接收線圈，對激勵線圈施加激勵信號；

(2)對上游電磁層析成像傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，得到測量數(shù)據(jù)；

(3)對下游電磁層析成像傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，得到測量數(shù)據(jù)；

(4)根據(jù)上游電磁層析成像傳感器的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建，得到電導(dǎo)率分布圖像；

(5)根據(jù)下游傳感器測量數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建，得到電導(dǎo)率分布圖像；

(6)對上游和下游的兩幅電導(dǎo)率分布圖像進(jìn)行基于像素的互相關(guān)計算，從而得到鋼水的流速分布。

上述的的圖像重建和相關(guān)計算可以包括下列步驟：

(1)利用測量數(shù)據(jù)到靈敏度矩陣A(M×N)，其中M是測量數(shù)，N為像素數(shù)，設(shè)傳感器的線圈數(shù)量為n，那么單個傳感器的測量數(shù)M為n(n-1)/2；

(2)使用公式x＝(A^T·A+μI)^-1·A^T·z進(jìn)行圖像重建，其中，z是測量向量((N×1))，(A^T·A+μI)^-1為Tikhonov正則化過程，其中，μ為與圖像最

終平滑度相關(guān)的正則化系數(shù)，和I為單元陣；