基於阻抗頻譜的雙模態電學層析成像關鍵技術研究

《基於阻抗頻譜的雙模態電學層析成像關鍵技術研究》是依託北京航空航天大學，由曹章擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於阻抗頻譜的雙模態電學層析成像關鍵技術研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：曹章
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

研究被測場域在不同頻率電信號激勵下所測阻抗的頻譜信息與雙模態電學層析成像直接解耦圖像重建。將場域內的物質分布等效為阻抗網路，即電學分布參數網路，進而將雙模態電學成像技術的逆問題求解轉換為等效阻抗網路的參數識別問題，即根據測量信號所反映的阻抗頻譜信息推斷被測場域內的電學參數分布（介電常數及電導率分布），並在此基礎上開發雙模態成像所需的圖像重建算法及系統硬體，構建一套雙模態成像系統，實現對被測區域的雙模態同步解耦重建，為兩相流測量（尤其在含乳化層和泡沫層的情況下）提供新的檢測方法，為開發新型兩相流測量儀器奠定理論與工程設計基礎。

結題摘要

多相流動遍及能源動力及工業生產的諸多領域，對其進行測量一直是世界公認的難點與熱點，電學層析成像具有非侵入、無輻射、回響快速等特點，有望成為多相流工業過程可視化監測的新手段。但是電學層析成像的難點在於其數學模型的病定性、欠定性及非線性，因而其具有“軟場”特性，即被測區域的敏感場分布隨物質分布的變化而變化。針對該特性，本項目研究被測場域阻抗測量信息與圖像重建間的映射關係及軟硬體實現方法。在硬體實現方面，提出了一系列數位訊號解調方法，用於單頻及多頻阻抗信號解調，並在CPLD及FPGA上實施，可實現低功耗、快速解調等功能，其中，所提出的遞歸解調算法突破了傳統乘法解調必須使用整周期數據的技術局限，理論上根據兩個採樣點即可實現單頻率信號解調，而且解調精度可隨數據的不斷增加而提高，大大提高了解調速度和靈活性；在圖像重建算法方面，給出了相鄰激勵測量方式與二端子/電極激勵測量方式的數學關係式，在此基礎上，給出了多種激勵測量模式的邊界映射，即Dirichlet-to-Neumann映射及Neumann-to-Dirichlet映射的直接構造方法，並給出了一系列可用於實際系統的直接圖像重建方法，可實現感興趣區域的獨立重建，同時可推廣到被測區域為任意單連通區域的情形，而若採用傳統的基於靈敏度原理的重建方法，為獲得感興趣區域的重建結果，需先獲得整個被測區域的重建結果；根據共形變換理論，以方形感測器為例，構造了阻抗拓撲格線，並建立了阻抗分布與邊界映射的數學關係，初步將圖像重建問題轉化為格線反演問題，為多頻率電學層析成像技術的發展提供了新的思路。