基于C4D原理的ECT-ERT雙模態(tài)成像技術(shù)研究.pdf

1、兩相流廣泛分布于自然界和工業(yè)生產(chǎn)中，其特征參數(shù)的檢測(cè)具有重要的意義。作為兩相流參數(shù)檢測(cè)技術(shù)中兩種重要的電學(xué)成像技術(shù)，電容層析成像（ElectricalCapacitanceTomography，簡(jiǎn)稱ECT）和電阻層析成像（ElectricalResistanceTomography，簡(jiǎn)稱ERT）有著不同的適用范圍。ECT適用于兩相流的連續(xù)相為非導(dǎo)電介質(zhì)情況下的測(cè)量，而ERT適用于連續(xù)相為導(dǎo)電介質(zhì)情況下的測(cè)量。由于兩相流復(fù)雜多變，當(dāng)ECT

2、和ERT融合成ECT/ERT雙模態(tài)成像系統(tǒng)時(shí)，其應(yīng)用范圍將被大幅拓展。然而目前的ECT/ERT雙模態(tài)系統(tǒng)往往是兩種單一模態(tài)成像裝置的簡(jiǎn)單組合，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，測(cè)量的時(shí)空一致性難以得到保證，而且其ERT部分的電極需要與被測(cè)流體直接接觸，容易產(chǎn)生電極極化效應(yīng)、電化學(xué)腐蝕等問(wèn)題，限制了雙模態(tài)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。
　　針對(duì)現(xiàn)有ECT/ERT雙模態(tài)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，本文將分析化學(xué)領(lǐng)域的電容耦合非接觸電導(dǎo)檢測(cè)（CapacitivelyCoupl

3、edContactlessConductivityDetection，簡(jiǎn)稱C4D）技術(shù)引入到ECT/ERT雙模態(tài)成像領(lǐng)域，并結(jié)合相敏解調(diào)技術(shù)，提出了一種基于C4D的新型ECT/ERT雙模態(tài)成像技術(shù)。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)基于C4D原理，提出了一種新型的非接觸式ECT/ERT雙模態(tài)成像技術(shù)。在該技術(shù)中，僅利用一套電極陣列和一個(gè)數(shù)據(jù)采集單元就能夠?qū)崿F(xiàn)ECT、ERT兩種模態(tài)信息的同時(shí)測(cè)量，確保了雙模態(tài)系統(tǒng)測(cè)量的時(shí)空一致

4、性，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且新型雙模態(tài)系統(tǒng)的電極不與被測(cè)流體直接接觸，有效克服了傳統(tǒng)的接觸式雙模態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)的電極極化、電化學(xué)腐蝕等問(wèn)題，拓展了雙模態(tài)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。本文同時(shí)分析了新型雙模態(tài)傳感器的結(jié)構(gòu)和不同模態(tài)下的等效電路，然后基于有限元方法對(duì)傳感器進(jìn)行仿真和建模，優(yōu)化傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)以提高其靈敏度，并獲取了優(yōu)化后傳感器的靈敏場(chǎng)分布情況。
　　(2)結(jié)合模擬相敏解調(diào)（AnalogPhaseSensitiveDemodulation，簡(jiǎn)

5、稱APSD）技術(shù)，研制了基于C4D的雙模態(tài)系統(tǒng)樣機(jī)，并進(jìn)行一系列的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明本文提出的新型雙模態(tài)系統(tǒng)是可行的，該系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了ECT、ERT兩種模態(tài)下的層析成像，并且圖像重建質(zhì)量良好，圖像重建結(jié)果與模擬的流體分布情況一致，數(shù)據(jù)采集速度超過(guò)40幀/s。
　　(3)將數(shù)字相敏解調(diào)（DigitalPhaseSensitiveDemodulation，簡(jiǎn)稱DPSD）技術(shù)引入到新型雙模態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集單元的設(shè)計(jì)中，對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行