过程层析成像与多相流测量应用.pdf

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1、doi：10．3969／j．issn．1671-1041．2010．O1．002过程层析成像与多相流测量应用谭超。董峰【天津市过程检测与控制重点实验室，天津大学电气与自动化工程学院。天津300072)摘要：过程层析成像技术(ProcessTomography。简称PT)由于其非侵“硬场”传感器与“软场”传感器。入与可视化等特性在医疗与工业过程等领域有广泛的应用前景。已从硬场传感器是指其敏感场分布不受流动的影响，即“硬”实验室研究进入工业应用研究阶段。本文介绍了基于光学、电学、超声场。典型的硬场包括一射线，x一射线与光线形成的敏感场。以及核子敏感性原理的PT技术与多模态PT技术。并简述

2、了PT技术流体对该类敏感场的调制作用使其边界测量值带有其截面分在多相流测量中的应用研究方向。布的信息，且此时的敏感场分布不随流动对象的相分布变化关键词：过程层析成像；传感器阵列；图像重建算法；多相流；参数测量而改变。中图分类号：TP212．6文献标识码：A软场传感器的敏感场分布对测量对象的特性分布(相分Anoverviewonprocesstomographyand布)变化十分敏感，因此称作“软场”。基本上所有电学法均属itsapplications于此类，例如电阻、电容与电磁层析成像。通常，软场重建图像的空间分辨率低于硬场，这是软场被对象分布变化扭曲所导TANChao．DONGFe

3、ng致。此外，软场重建图像的质量随着与电极问的距离增加而降(TianjinKeyLaboratoryofProcessMeasurementandControl，低。因此，对于电极安装在测量对象周围的层析成像系统来SchoolofElect~calEngineering&Automation。说，对象中心区域的图像精度与分辨率最低j。TianjinUniversity，Tianjin300072。Cifina)尽管有如上的缺点，软场传感器仍在流动成像中受到特Abstract：Processtomography(PT)hasagreatperspectiveinmed—别的关注。因其安

4、全性比射线法高，传感器结构比超声法简jcajdetectionsandindustr~aJprocessesduetotheirnON—intrusivecharacterandvisibility．andthereseamhtoPThasenteredthesate单，且无需光学法对介质透明度要求。ofindustrialapplications．TheoperatingpdnciplesofthePTthatare1．1光学层析成像技术basedonoptical，electrical。ultrasonicandnucleonicsensingtech·光线与物体的接触方式分为吸

5、收方式，衍射方式，反射／折niques．aswelIasthatofthemulti-modalityPTareintroducedalong射方式，放射与干涉方式等。光学层析成像技术可基于不withtheirapplicationsinmulti-phaseflowmeasurements．同方式设计，例如，Uchiyama与Hertz分别采用红外线的放Keywords：processtomography；snsoraray；iagerconstructionago射与干涉研究火焰温度分布。mhm：mlti-phasefow：prametricmasurement光学传感技术的优势

6、有：非侵入，响应快速，分辨率高，介质中的光线传播可以通过方程来描述，抗噪能力强，在低光能O引言下具有很高的安全性⋯。在工业与医学检测领域，如何提取被测对象内部信息已缺点在于：由于材料的吸收或散射等原因，许多被测对象成为十分迫切的需求。工业界要求测量技术具有高鲁棒性、是不透明的，因此难以测量。而且许多工业过程的容器壁面也快速与非侵入的特性；而医学应用则对测量方法的精度、安全是不透明的，例如核反应堆与工业管道等，且基于安全考虑难性要求高于速度”J。通常用常规的方法很难得到工业过程内以打开观测窗口。此外，多重反射／折射也给测量的分析带来部的实时信息，为了达到实时检测过程内部信息的要求，过程

7、困难。层析成像技术应运而生。1．2电学层析成像技术对层析成像设备的研究可追溯到20世纪50年代，当时的电学层析成像技术基于物理学理论：不同的介质具有不应用以人体扫描为主。由于层析成像系统可以提供测量对象同的电学特性H。通常，将电学层析成像技术按照其测量的内部介质的分布及属性信息，有助于提高过程状态的分析和电学特性分成几大类：提供设备的设计原则，7O年代该项技术扩展至过程检测，且大在工业界广泛应用的电阻抗层析成像(Electricalimped—量的研究集中