[發明專利]一種用于泡狀流的電容層析成像方法

在審

• 申請號: 201710860148.6
• 申請日: 2017-09-21
• 公開（公告）號: CN107860800A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 柴旭;賈欣鑫;王虎;王雷;李俊曉;李遵偉;張照文
• 申請（專利權）人: 山東省科學院海洋儀器儀表研究所;青島中烏特種船舶研究設計院有限公司
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙)37247
• 代理人: 劉娜,李新欣

技術領域

本發明涉及一種電容層析成像方法，特別涉及一種用于泡狀流的電容層析成像方法。

背景技術

電容層析成像技術是一種計算機層析成像技術，因其響應速度快、非侵入式、安全性能 好、成本低廉，在物料分布、油氣輸運、氣力輸送等工業領域有廣泛應用。其主要原理為： 測量管道表面陣列電極間的電容值；應用數值算法計算管道內部的靈敏度分布；應用迭代或 非迭代算法計算管道內部介電常數分布，獲得管道內介質分布和相含率等信息，從而獲得介 質分布圖像。

用有限元法計算靈敏度矩陣，根據測量電容使用LBP、Landweber、Tikhonov、牛頓法等 等反演算法計算管道內部介電常數分布。目前的電容層析成像算法對圓管中心物質的成像精 度低。目前對電容層析成像技術的研究主要集中于對反演算法的改進，圓管中心成像質量低 的問題得不到有效的解決。

靈敏度矩陣直接影響成像質量，但由于電場本身的“軟場”特性，靠近電極的區域靈敏 度系數高，距離電極較遠的圓管中心區域，靈敏度系數較低。因此圓管中心區域成像質量低， 難以識別物質分布，進而影響了管道內介質相含率的計算。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種用于泡狀流的電容層析成像方法，以達到提高 圓管中心區域泡狀流成像質量的目的。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種用于泡狀流的電容層析成像方法，包括如下步驟：

步驟1：測量電容層析成像傳感器各電極對間的電容值，獲得N個獨立電容值；

步驟2：根據有限元方法將電容層析成像系統離散為二階單元，根據泊松方程(1)建立 電容層析成像系統的二階有限元模型(2)，根據二階有限元模型(2)計算電勢分布φ，

▽·(ε▽φ)＝0，(1)

Kφ＝Q， (2)

K為系統剛度矩陣，Q為自由電荷量；

步驟3：根據式(3)獲得N×M維靈敏度矩陣S；

S_ij(e)為單元e對電極對ij的靈敏度值；分別為激勵電極i、j施加電壓V_i、V_j時單 元e內的電勢分布；

步驟4：根據式(4)對靈敏度矩陣行歸一化，得到行歸一化靈敏度矩陣根據式(5) 對進行列歸一化，得到歸一化處理的靈敏度矩陣

步驟5：依據單元與各電場中心線的加權距離d(x)，單元與圓管中心的距離D(x)，計算成 像權函數P(x)＝f(d(x),D(x))，

d_e(x)為單元e的加權距離，d_n(x)為單元e與電場中心線n的距離，s(p)為電場中心線在 垂足點p處的取值，根據靈敏度矩陣S的分布，擬合得到；

步驟6：對于ECT線性化模型C＝Sg，將g的求解轉化為求解最優化問題方程(7)，采用 非迭代或迭代優化算法對方程(7)進行求解，獲得介電常數分布g，

C為N個電容值組成的N×1維向量，g為M×1維的介電常數分布向量；

步驟7：根據步驟5中計算出的加權函數P(x)，步驟6計算的介電常數分布g，進行圖 像重建，將介電常數分布g加權后，對圓管中介質分布進行可視化顯示。

通過上述技術方案，本發明提供的用于泡狀流的電容層析成像方法使用二階有限元模型 計算靈敏度矩陣，對靈敏度矩陣進行兩次歸一化處理，再根據單元在電場中的位置計算成像 權函數P(x)，對介質進行加權成像。本發明主要適用于電容層析成像技術對泡狀流的成像顯 示，針對現有的成像算法對圓管中心區域成像質量低的問題，改進靈敏度矩陣的求解與處理 流程，使用加權函數對介質分布進行成像，提高泡狀流成像質量。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術 描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。

圖1為本發明實施例所公開的一種用于泡狀流的電容層析成像方法流程示意圖；

圖2為本發明實施例所公開的泡狀流圓管模型示意圖；

圖3為圖2中單元e與電場中心線距離示意圖；

圖4為本發明實施例所公開的實際成像效果與現有技術中常規成像效果對比圖。

圖中，1、電極；2、氣泡；3、液相；e、單元；p、垂足；n、電場中心線。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描 述。