基于旋转电极的电容层析成像技术图像融合算法

马 敏, 王伯波, 闫超奇, 薛 倩

(中国民航大学 电子信息与自动化学院, 天津 300300)

1 引 言

电容层析成像技术(electrical capacitance tomography,ECT)是基于电学特性敏感机理的过程层析成像技术,根据不同物质具有不同的介电常数的特性,估计出场域内物质分布,它具有成本低、结构简单、非侵入、适用范围广等优点[1]。利用ECT实现可视化监测的研究始于20世纪80年代,文献[2]将8电极ECT系统用于对管道气/油两相流的监测识别;王化祥等研究了16电极ECT系统,并提出了16电极的数字式ECT系统[3];也有些学者采用一些方法获得更多独立电容值,文献[4]研究了一种24电极ECT系统,并提出了一种组合电极策略进行成像。然而,上述研究工作获得的独立测量电容数仍较少,并且在增加独立电容数的同时会使得测量得到的电容值减小,增加了测量难度;组合电极虽然可以增加测量电容数同时不减少测量电容值,但受测量电容极板位置固定影响较大。基于此,本文提出一种基于16电极的ECT旋转系统模型,以解决上述问题。

2 16电极ECT的旋转模型

2.1 系统简介

16电极ECT系统由3大模块组成[5],结构如图1所示。当电容传感器内介质分布发生变化时,传感器电极之间的电容值也会发生改变,通过数据采集系统测得电容值,然后,由测得的电容值,采用合适的图像重建算法反推出管道横截面上介质分布变化。

图1 16电极ECT系统

2.2 16旋转电极ECT模型

采用的ECT旋转模型类似传统ECT系统,仅在控制及数据采集模块中添加了控制电极旋转的控制器和在电容传感器模块增加了旋转器,其传感器模型如图2所示。……