電容層析成像系統(tǒng)三維有限元分析軟件的開發(fā)與應(yīng)用.pdf

1、電容層析成像(ECT)技術(shù)是基于電容敏感原理的過程層析成像(PT)技術(shù),具有非輻射、非侵入、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)點,是PT技術(shù)的主流之一.ECT傳感器內(nèi)部的靜電場具有復(fù)雜的邊界形狀和邊界條件、含有復(fù)雜媒質(zhì),這類問題是無法獲得解析解的,所以有限元仿真對ECT技術(shù)的研究有重要意義.現(xiàn)有的大型商用有限元仿真軟件雖然通用性好,計算精度已經(jīng)經(jīng)過長時間的檢驗,但是它們一般價格昂貴、不易掌握且移植性差.對于ECT研究來說有些功能薄弱甚至缺

2、乏,需要二次開發(fā),如:ECT系統(tǒng)中非常重要的靈敏度計算等.所以開發(fā)一個ECT系統(tǒng)專用的有限元仿真軟件是必要的.該文首先概述了電容層析成像技術(shù)的基本原理、系統(tǒng)組成及數(shù)學(xué)模型,比較了靜電場的各種解法,引出了靜電場的有限元分析方法,然后在介紹有限元方法的分析步驟的同時,詳細(xì)介紹了作者所開發(fā)的有限元仿真軟件包的主要功能.該軟件包是作者在Windows98環(huán)境下采用MATLAB語言設(shè)計開發(fā)的,它是ECT系統(tǒng)三維有限元分析專用軟件,具有預(yù)處理,有限

3、元分析,后處理三大部分功能,軟件中的網(wǎng)格來源有兩個,一是作者用MATLAB語言編制的一個有限元網(wǎng)格生成器,另一個大型商用軟件ANSYS產(chǎn)生的網(wǎng)格;該文的最大創(chuàng)新是在靈敏度快速計算法的基礎(chǔ)上又對靈敏度的計算做了改進(jìn),在保證結(jié)果正確性和精確性不變的基礎(chǔ)上,使計算時間又大幅度縮短,為ECT系統(tǒng)的深入研究奠定了基礎(chǔ);在后處理部分為電位、電場強度、靈敏場分布等量設(shè)計了不同的顯示方式,為了方便三維研究,特別設(shè)計了三維剖切功能;為軟件編制了友好的用戶