ect%2fert双模态阵列电极优化设计及其正问题的研究

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1、摘要作为一种无损可视化测量手段，电学成像技术因其价格低廉、响应速度快、无侵入、无损害，在工业和医学领域具有重要的应用价值。电容层析成像(ElectricalCapacitanceTomography，ECT)和电阻层析成像(ElectricalResistanceTomography，ERT)是基于电磁场理论的新型测量技术，ERT适于测量以导电性介质为连续相的介质，而ECT适于测量以非导电性介质为连续相的介质。为深入分析电学层析成像的测量机理，本论文对ERT／ECT双模态敏感阵列电极优化及ECT／ERT仿真研究等有关方面内容进行了系统研究：(1)分析ECT／El盯敏感场的

2、‘软场’特性，借助大型有限元软件COMSOL，对ECT／ERT阵列电极进行三维电场仿真，分析敏感阵列电极几何形状、结构参数对敏感场分布的影响；(2)本文通过电磁场有限元仿真软件COMSOL分析，分别构建(ERT／ECT)成像系统敏感阵列电极三维模型。基于敏感场分布的均匀性、相关系数及空间分辨率等优化指标，进行了ECT／ERT双模态空间敏感阵列电极优化设计；(3)基于COMSOLScript二次开发模板，设计了二维ECT和ERT仿真系统用户界面。该用户界面大大提升了仿真过程的可视效果，成像状态更直观明了；(4)根据CT脑部和肺部扫描图像构建人体脑部和肺部模型，同时引入人体脑

3、部和肺部组织的结构特征等先验信息，构建人体脑部和肺部模型，采用共轭梯度算法，对脑部和肺部EIT进行仿真研究。关键词：电容／电阻层析成像COMSOL敏感阵列电极正问题电阻抗层析成像先验知识ABSTRACTAsakindofnondestructiveandvisiblemeasurementtechniques，electricaltomographyhasfoundmanyimportantapplicationsinbothindustrialandmedicalareas，foritslOWcost，fastresponse，harmlessandnon-invasi

4、ve．ElectricalCapacitanceTomography(ECT)andElec仃icalResistanceTomography(ERT)arethetwomostdevelopedPTtechniquesbasedonthetheoryofElectric-magneticfieldnowadays．ERTissuitabletomeasuretwo-phaseflowinwhichconductivemediumistakenascontinuousphase，whileECTissuitabletomeasuretwo-phaseflowinwhich

5、non-conductivemediumistakenascontinuousphase．Inordertoanalyzethemeasurementmechanismofelectricaltomographyindepth，optimumdesignofECT／ERTdual-modalitysensingelec仃odearrayandthesimulationofECT，，ERTarestudiedinthisdissertation．Firstly，usingCOMSOLsimulatingsoftware，the3DECT／ERTelectrodearrayf

6、orsimulationiSestablished．Basedonthismodel，the‘soft-field’effectinwhichthesensingfieldisaffectedbythecomponentdistributionoftheobjectisconsideredandtheeffectofsensingelectrodearraygeometricalshapeandarchitectureparametersonsensitivityresponseisanalyzed．Secondly，sensingelectrodearraymodelo

7、f3-DimensionalECT／ERTdualmodalityisestablishedbyusingthesoftwareCOMSOL．Accordingtotheuniformityofsensitivityfielddistribution，thecorrelationcoefficientandthereconstructedimagespaceresolution，theECT／ERTdualmodalitysensingelectrodearraysareoptimized．Thirdly．thecustomi