关键词： ECT传感器   回字形   抗噪性   成像质量   金属屏蔽层  

摘要： 电容层析成像技术可以简单的称为ECT技术,它是一种通常用于多相流检测的成像技术。因为具有非接触式实时成像的优点导致它发展得非常的迅速。因为是新兴技术的原因也导致了ECT技术面临着不少的技术方面的问题,这些问题中最主要的两点就是成像质量的问题和ECT传感器的抗噪声性能的问题。为解决这两个问题,主要的思路有两个方向,一个改进或者提出新的图像重建的算法,另一个是优化或者设计新的传感器的结构。本文的主要工作就是围绕ECT技术的问题和解决方法展开。本文详细的介绍了ECT技术的背景、ECT技术的原理和ECT系统,并且通过方程来重点的介绍了几种相对经典的ECT图像重建算法。文中通过改变传感器结构和采用不同算法对二维传感器进行了仿真。通过仿真得到了二维传感器的极板间距越短,成像质量越差,传感器极板的数目增多,成像质量提高,但极板间距的影响比极板数目更明显;LBP算法重建速度快,对简单流场成像质量好,对复杂流场不能成像,ART算法整体成像质量不好,Tikhonov算法优势是对细节分辨能力好,Landweber算法整体成像质量最好但速度较慢。通过对二维ECT传感器的仿真验证了ECT传感器的结构和算法对图像重建的影响。在验证了二维ECT传感器的基础上,重点选取了传感器的结构这一切入点,设计了一种回字形结构的新型ECT传感器,并设计了多个传感器作为对照组进行了仿真,得到了这种传感器具有对各种流场的成像质量都很稳定的特点,采用方差分析法和图像评估法相结合的方法,证明了这种传感器具有优秀的抗噪声性能。其中回字形结构和评价该结构所用的方差分析法是文章的创新点。对于传感器的结构,除了传感器的形状,文中还对金属屏蔽层对成像质量的影响进行了研究。通过仿真得到加上金属屏蔽层后,重建图像在靠近电极位置处有规则的畸变点,其中矩形电极加口字型金属屏蔽层后,管道中心处的重建图像更加稳定,即金属屏蔽层牺牲了靠近电极处的部分信息,实现了对管道中心成像质量的提高。在仿真的基础上,设计了实验,通过实验证明了在加金属屏蔽层后成像质量有显著提高,也验证了对电极附近的规则畸变的存在。结合实验和仿真,可以证明金属屏蔽层在ECT传感器的实际应用中对提高成像质量有显著效果。

关键词： 多相流   检测   图像重建   电容层析成像   Landweber法  

摘要： 由于电容层析成像（ECT）图像重建的经典算法Landweber迭代法具有半收敛性,从而限制了其在多相流检测中的广泛应用。为了解决这一问题,从数学角度对Landweber法的半收敛性进行分析证明,并找到其物理本质原因。通过构造压缩算子提出一种全收敛的Landweber法,使得该方法具有稳定的收敛特性。同时,对ECT敏感场的＂软场＂特性进行分析,针对忽略＂软场＂特性所导致的经典Landweber法对不同流型的最佳迭代次数不一致的问题,利用最小二乘支持向量机对一定数量的图像样本进行训练,从而得到一个先验条件,并基于该先验条件提出一种自适应的迭代停止判据,实现在图像重建结果最接近多相流实际分布时停止迭代。仿真结果表明,改进后的方法不仅具有稳定收敛性,而且与Landweber法相比,图像重建精度可提高16%～50%。

关键词： 监测系统   多相流   应用   井下   油田   西江   分布式光纤   测试技术  

摘要： 国内首次应用的分布式光纤井下多相流监测系统在中海石油（中国）有限公司深圳分公司西江油田XJ23-1-A20H1井应用成功，这标志着复杂井永久监测和产出剖面测试技术研究获得成功。

关键词： 直接三维电容层析成像   多相流检测   环形空间   三维敏感场  

摘要： 通过有效的检测技术监控煤炭、石油等化石能源开采过程有利于提高能源利用率及转换效率,减缓能源危机。一些学者对圆形或方形空间热工过程的检测技术进行研究,但环形空间同样应用广泛,如石油水平钻井、循环流化床环形炉膛等。因其流场、温度场、浓度场等分布复杂,影响因素繁多,传感器难于布置安装,检测信号微弱,相关研究较少。本文针对环形空间应用场合,基于直接三维电容层析成像(ECT)技术,对热工参数动态成像检测。二维ECT技术已比较成熟,但不能满足信息需求。间接和直接三维ECT技术逐步发展起来,间接技术通过插值方法获得层与层之间的信息,已取得一定进展。直接三维技术可以呈现三维空间中任意位置的真实介电常数分布信息,仍有较多需要解决的难题。首先,基于传统ECT技术建立了泥石流监测系统,提出了场测量方式的新型泥石流传感网络。对不同成像算法进行仿真对比,并实验模拟了不同条件对泥石流发生过程的影响,得出降雨是导致泥石流发生的直接因素,坡度越大,越易发生沙石滑落,沙石比例为6：4左右时最易发生泥石流。在此基础上,采用直接三维ECT技术,设计了被测空间为环形的双螺旋结构传感器,并对其仿真建模,计算三维敏感场矩阵。选取不同位置极板间三维敏感场分布,得出相邻电极间呈单峰,内外管道相似位置相对极板间呈双峰,远距离相隔相对电极间呈四峰的结论。并对不同形状工质进行了仿真成像。搭建了直接三维ECT技术检测多相流实验台,并设计了硬件电路以改进该系统信噪比较低的缺陷。实验对介质三维成像,得到了精度较高的重建图像,能够识别介质横截面形状及位置分布,还可检测其轴向的相关参数,如流速及流动方向等,深化了多相流流动规律和流动特征,将来可移植到燃烧等各种热工过程的检测。本文采用了直接三维ECT技术,该技术可以同时得到径向和轴向的三维信息。改进了传感器布置,采用双螺旋型布置方式,能获得更加连续的三维图像。并实现了环形被测空间的场测量方式,验证了该技术应用在环形空间的可行性及优势,为后续相关工作提供了依据和改进方向。

关键词： 多相流   软测量技术   软仪表   检测  

摘要： 本文简要介绍了软测量技术及多相流的基本概念及基础原理。阐述了软测量技术在油田多相流检测中的应用,并结合我厂关于多相流检测方面的几种方法,提出了生产中存在的一些问题及解决办法。

关键词： 电容层析成像   有限元   灵敏度   BP神经网络   遗传算法  

摘要： 多相流是一个普遍存在于工业和自然界中的流态,随着科技的发展,人们开始研究它的内部特性,若能检测出其中各相的分布或流动特性,实现可视化,对于工业发展和人类进步具有重大的意义。但是由于它复杂的成分导致系统动态复杂,为可视化检测带来了困难。过程层析成像是近几年来比较热门的技术,在工业多相流检测中也有很大的潜力。电容层析成像技术(Electrical Capacitance Tomography, ECT)作为过程层析成像技术的一种,具有非接触、低成本、易构造、安全、响应速度快、适应范围广等优点,可将其应用于多相流的可视化监控,但要真正应用与实际工业,仍需进一步的研究和探索。本文以焦化废液处理中滤网堵塞的可视化监控为目的,通过研究电容层析成像系统的有限元仿真和图像重建问题,证明了将电容层析成像系统应用其中的可行性。文章的主要研究内容和成果如下：1.通过文献调研,介绍了过程层析成像技术的构成、特点和分类,详细分析了电容层析成像的各部分组成及其工作机理,对电容层析成像正逆问题、电容值、敏感场进行数学描述。2、借助大型有限元分析软件ANSYS,利用其自带的APDL参数化设计语言编程实现了电容层析成像系统传感器场域的有限元数值仿真计算,通过求解静电场内各节点电位,进而获取能反映介质分布的电容值,并对灵敏场进行分析计算,通过研究其分布特点证实了系统“软场”效应的存在。3、通过分析图像重建算法的必要性,对比和研究了目前国内外各种图像重建算法的原理和优缺点。基于BP神经网络较强的联想能力和非线性映射特性,分析了BP神经网络应用于本文ECT系统图像重建的优势和可行性。由于BP神经网络训练过程中容易陷入局部最小点,本文选择遗传算法先对BP神经网络的初始权值和阈值进行全局搜索,再采用BP神经网络开展精确搜索。通过实验结果对比和误差分析,证明了该方法不仅能有效减少BP网络的训练次数,还提高了重建图像的精度,优势明显。

关键词： 多相流   X射线   多道分析   FPGA  

摘要： 准确测量油井中多相流的参数对于了解地层信息、制定开采方案和油藏优化处理都有着重要的意义。多相流的准确测量是多年来国内外的技术难题,除需要在理论方面需要建立精确的模型外,测试手段和方法也是一项重要的内容。目前国内外常用的方法是分离法和同位素放射源测量法。为了消除分离法在体积、成本方面的缺点,以及同位素放射源对环境的辐射,本文采用了人工X射线技术检测多相流,以X射线对物质的识别能力为理论基础,采用了双能级X射线测量多相流各相的相含率。在验证该方法可行的基础上,设计了适用于多相流检测的X射线系统实现方案。研究了双能级X射线对多相流各相含率的测量原理,选用了特征谱分别为17.44keV和58.87keV的钼靶(Mo)和钨(W)靶光管作为多相流检测系统的射线源。研制了该测量系统的硬件电路,它主要包括x射线发生装置的可控电源电路模块和基于FPGA的数据采集电路模块,在完成各个电路模块调试的基础上,组装了整个测量系统,实现了适用于油气水多相流的检测。在室内试验平台上,利用所建立的X射线多相流检测系统,进行了多组试验。分析试验数据可知,测量的绝对误差不超过10%,证明了该测量系统的可行性、稳定性和准确性。

关键词： 改进的EEMD   模态混叠   信号消噪   多相流  

摘要： 针对低信噪比下EEMD法在分解过程中产生模态混叠导致滤波效果变差的问题,提出了一种改进的EEMD滤波方法。该方法首先设计最优带通滤波器,滤除信号中的脉冲干扰,再将滤波后的信号进行EEMD分解,然后采用SG滤波器对筛选的IMF再进行滤波,最后对滤波后IMF进行重构。最后将改进的EEMD法和EEMD法分别用于多相流测量信号滤波及含水率测量,结果表明,改进的EEMD法与EEMD法相比,信噪比提高了约2~3 dB,滤波效果更好;含水率平均测量精度提高了约3%,测量误差更小。

关键词： 工业过程参数   检测技术   多相流   流型识别   流量测量   含率估计  

摘要： 多相流是现代流程工业及其相关科研领域内常见的控制与研究对象,对其过程参数的检测是工业生产与科学研究中的一个研究热点问题.本文针对工业过程中的多相流过程参数检测问题,介绍了多相流的特点及其过程参数,并分类介绍了多相流过程参数检测方法,重点讨论了检测的难点及其未来发展趋势,为更好地解决复杂工业过程多参数检测问题提供方法基础和借鉴.

关键词： 独立成分分析   电阻层析成像   图像去噪   盲信号处理  

摘要： 电阻层析成像技术(ERT)是一种基于电阻传感机理的过程层析成像技术(PT),适用于连续相为导电性介质的两相流参数检测。该技术相对于其他过程参数测量技术有独特的优势,经过多年的发展,已逐步应用到工业领域。然而由于硬件水平的限制,数据采集精度有时并不理想,ERT逆问题的不适定性是很严重的,所以消除ERT数据中的噪声成分,对于提高重建图像的质量十分必要。\n 独立成分分析(ICA)是近年来发展起来的一种非常有效的盲信号处理技术,在许多应用领域正发挥着越来越重要的作用。本文利用ICA技术,对ERT采集数据进行处理,进而有效解决逆问题中的不适定性,提高成像精度。主要有以下几个方面的工作:\n 1.总结了ERT技术的发展过程及研究现状,提出了改善其反演成像精度的办法。然后介绍了独立成分分析的基本原理和算法,并选择用FastlCA方法降低ERT数据中的噪声。\n 2.对基于信号源噪声模型下的独立成分分析降噪方法进行研究,讨论了噪声的类型、数目、信噪比、干扰等因素对去噪效果的影响,并将这一方法用于ERT数据的去噪,通过反演图像的质量来衡量去噪的效果。\n 3.讨论了基于传感器噪声模型下的独立成分分析降噪方法,由于观测信号的数目小于源信号的数目,采用了奇异值分解的方法解决欠定的ICA问题,进而实现了从单通道ERT数据的去噪。\n 4.讨论了观测传感器数目大于源信号数目而且源信号数目未知的情况下的超定ICA问题。采用PCA和ICA相结合的方法,估计出独立成分的数目,提取出相应的主分量,使得超定的盲分离问题转化成J下定的盲分离问题。