PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
Tytuł artykułu

Evaluation of the electrical capacitance tomography system for measurement using 3D sensor

Treść / Zawartość
Identyfikatory
Warianty tytułu
PL
Ocena systemu elektrycznej tomografii pojemnościowej do pomiarów z wykorzystaniem sondy 3D
Języki publikacji
EN
Abstrakty
EN
Further tests of EVT4 data acquisition system for electrical capacitance tomography are presented. The modular system, which can have up to 32 channels with an individual analogue to digital converter, was designed to ensure small uncertainty of capacitance measurement at high speed of imaging. The system’s performance in the context of 3D imaging was experimentally verified. In particular, we show that the measurement of changes in capacitance due to a small change of an electric permittivity distribution for the most distant electrodes in a suitably designed 3D sensor is possible using our system. Cross-plane measurements together with the measurements for the pairs of most distant electrodes are essential for accurate reconstruction of 3D distributions. Due to sensitivity of capacitance measurements obtained in the hardware, the measurements for all electrode pairs can be used in the inverse problem – the system of equations can be extended. Although the numerical condition number of a matrix of such a system is high, image reconstruction is possible from the data obtained in our system. The results of 3D image reconstruction for simple test objects are shown.
PL
Przedstawiono dalsze testy systemu akwizycji danych EVT4 do elektrycznej tomografii pojemnościowej. Modułowy system, który może mieć do 32 kanałów z indywidualnym przetwornikiem analogowo-cyfrowym, został zaprojektowany w celu zapewnienia małej niepewności pomiaru pojemności przy dużej prędkości obrazowania. Wydajność systemu w kontekście obrazowania 3D została zweryfikowana eksperymentalnie. W szczególności pokazujemy, że możliwy jest pomiar zmian pojemności wywoływanych niewielką zmianą rozkładu przenikalności elektrycznej dla najbardziej odległych elektrod odpowiednio zaprojektowanego czujnika 3D przy pomocy naszego systemu. Pomiary międzypłaszczyznowe wraz z pomiarami par elektrod najbardziej odległych są niezbędne do dokładnej rekonstrukcji rozkładów 3D. Ze względu na wrażliwość pomiarów pojemności uzyskanych w opracowanym urządzeniu, pomiary dla wszystkich par elektrod mogą być wykorzystane w problemie odwrotnym – układ równań może zostać rozszerzony. Chociaż współczynnik uwarunkowania numerycznego macierzy takiego układu jest wysoki, możliwa jest rekonstrukcja obrazu z wykorzystaniem danych uzyskiwanych w naszym systemie. Pokazane są wyniki rekonstrukcji obrazu 3D dla prostych obiektów testowych.
Rocznik
Strony
52--59
Opis fizyczny
Bibliogr. 41 poz., rys., tab.
Twórcy
  • Warsaw University of Technology, Division of Nuclear and Medical Electronics, Institute of Radioelectronics and Multimedia Technology, Warsaw, Poland
autor
  • Warsaw University of Technology, Division of Nuclear and Medical Electronics, Institute of Radioelectronics and Multimedia Technology, Warsaw, Poland
  • Warsaw University of Technology, Division of Nuclear and Medical Electronics, Institute of Radioelectronics and Multimedia Technology, Warsaw, Poland
Bibliografia
  • [1] Banasiak R., Wajman R., Betiuk J., Soleimani M.: Feasibility study of dielectric permittivity inspection using a 3D capacitance CT method. NDT & E International 42, 2009, 316–322.
  • [2] Brzeski P., Mirkowski J., Olszewski T., Plaskowski A., Smolik W.T., Szabatin R.: Multichannel capacitance tomograph for dynamic process imaging. Optoelectronics Review 11(3), 2003, 175–180.
  • [3] Cui Z., Wang H., Chen Z., Xu Y., Yang W.: A high-performance digital system for electrical capacitance tomography. Measurement Science and Technology 22, 2011, 055503.
  • [4] Dyakowski T., Jeanmeure L.F., Jaworski A.J.: Applications of electrical tomography for gas-solids and liquid-solids flows – a review. Powder Technology 112, 2000, 174–192.
  • [5] Fan Z., Gao R.X.: A new sensing method for Electrical Capacitance Tomography. IEEE Instrumentation & Measurement Technology Conference Proceedings, 2010, 48–53.
  • [6] Hansen P.C.: Regularization Tools version 4.0 for Matlab 7.3. Numerical Algorithms 46, 2007, 189–194.
  • [7] Hu X., Katsouros M., Yang W., Huang S.: Further analysis of charge/discharge capacitance measurement circuit used with tomography sensors. Sensors and Transducers 80(6), 2007, 1246–1256.
  • [8] Huang S.M., Plaskowski A.B., Xie C.G., Beck M.S.: Capacitance-based tomographic flow imaging system. Electronics Letters 24(7), 1988, 418–419.
  • [9] Khan S., Manwaring P., Borsic A., Halter R.J.: FPGA-Based Voltage and Current Dual Drive System for High Frame Rate Electrical Impedance Tomography. IEEE Transactions on Medical Imaging 34, 2015, 888–901.
  • [10] Kryszyn J., Smolik W.T., Radzik B., Olszewski T., Szabatin R.: Switchless charge-discharge circuit for electrical capacitance tomography. Measurement Science and Technology 25, 2014, 115009.
  • [11] Kryszyn J., Smolik W.T., Szabatin R.: 3D image reconstruction in electrical capacitance tomography. 7th World Congress in Industrial Process Tomography, 2013, 411–419.
  • [12] Kryszyn J., Wanta D., Smolik W.T.: Gain Adjustment for Signal-to-Noise Ratio Improvement in Electrical Capacitance Tomography System EVT4. IEEE Sensors Journal 17(24), 2017, 8107–8116.
  • [13] Kryszyn J., Wróblewski P., Stosio M., Wanta D., Olszewski T., Smolik W.T.: Architecture of EVT4 data acquisition system for electrical capacitance tomography. Measurement 101, 2017, 28–39.
  • [14] Li Y., Holland D.J.: Fast and robust 3D electrical capacitance tomography. Measurement Science and Technology 24, 2013, 105406.
  • [15] Li Y., Holland D.J.: Optimizing the geometry of three-dimensional electrical capacitance tomography sensors. IEEE Sensors Journal 15(3), 2015, 1567–1574.
  • [16] Liao A., Zhou Q., Zhang Y.: Application of 3D electrical capacitance tomography in probing anomalous blocks in water. Journal of Applied Geophysics 117, 2015, 91–103.
  • [17] Lu D., Shao F., Guo Z.: A high voltage method for measuring low capacitance for tomography. Review of Scientific Instruments 80, 2009, 053704.
  • [18] Mao M., Ye J., Wang H., Zhang J., Yang W.: Evaluation of excitation strategy with multi-plane electrical capacitance tomography sensor. Measurement Science and Technology 27, 2016, 114008.
  • [19] Marashdeh Q.M., Teixeira F.L., Fan L.-S.: Adaptive Electrical Capacitance Volume Tomography. IEEE Sensors Journal 14, 2014, 1253–1259.
  • [20] Nurge M.A.: Electrical capacitance volume tomography with high contrast dielectrics using a cuboid sensor geometry. Measurement Science and Technology 18, 2007, 1511–1520.
  • [21] Olszewski T., Brzeski P., Mirkowski J., Plaskowski A., Smolik W. T., Szabatin R.: Capacitance tomograph – Design and preliminary results. Proc. 2rd International Symposium on Process Tomography in Poland, 2002, 159–168.
  • [22] Rymarczyk T.: New methods to determine moisture areas by electrical impedance tomography. International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics 52(1-2), 2016, 79–87
  • [23] Rymarczyk T., Kłosowski G., Kozłowski E.: A Non-Destructive System Based on Electrical Tomography and Machine Learning to Analyze the Moisture of Buildings. Sensors 18(7), 2018, 2285
  • [24] Smolik W.T., Kryszyn J., Radzik B., Stosio M., Wróblewski P., Wanta D., Dańko Ł., Olszewski T., Szabatin R.: Single-shot high-voltage circuit for electrical capacitance tomography. Measurement Science and Technology 28, 2017, 025902.
  • [25] Soleimani M., Wang H., Li Y., Yang W.: A comparative study of three dimensional electrical capacitance tomography. International Journal for Information & Systems Sciences 3(2), 2007, 292–306.
  • [26] Wajman R., Fiderek P., Fidos H., Jaworski T., Nowakowski J., Sankowski D., Banasiak R.: Metrological evaluation of a 3D electrical capacitance tomography measurement system for two-phase flow fraction determination. Measurement Science and Technology 24, 2013, 065302.
  • [27] Wang A., Marashdeh Q.M., Teixeira F.L., Fan L.-S.: Electrical Capacitance Volume Tomography: a Comparison Between 12- and 24-Channels Sensor Systems. Progress in Electromagnetics Research M 41, 2015, 73–84.
  • [28] Wang B., Ji H., Huang Z., Li H.: A high-speed data acquisition system for ECT based on the differential sampling method. IEEE Sensors Journal 5, 2005, 308–311.
  • [29] Wang F., Marashdeh Q., Fan L.-S., Warsito W.: Electrical Capacitance Volume Tomography: Design and Applications. Sensors 10, 2010, 1890–1917.
  • [30] Wang Mi, Ma Yixin, Holliday N., Dai Yunfeng, Williams R.A., Lucas G.: A high-performance EIT system. IEEE Sensors Journal 5(2), 2005, 289–299.
  • [31] Warsito W., Fan L.-S.: Development of 3-Dimensional Electrical Capacitance Tomography Based on Neural Network Multi-criterion Optimization Image Reconstruction. 3rd World Congress on Industrial Process Tomography, 2003.
  • [32] Warsito W., Fan L.-S.: Dynamics of spiral bubble plume motion in the entrance region of bubble columns and three-phase fluidized beds using 3D ECT. Chemical Engineering Science 60, 2005, 6073–6084.
  • [33] Xu L., Zhou H., Cao Z.: A recursive least squares-based demodulator for electrical tomography. Review of Scientific Instruments 84, 2013, 044704.
  • [34] Yang W.: Design of electrical capacitance tomography sensors. Measurement Science and Technology 21, 2010, 042001.
  • [35] Yang W.Q.: Hardware design of electrical capacitance tomography systems. Measurement Science and Technology 7, 1996, 225–232.
  • [36] Yang W.Q., Peng L.: Image reconstruction algorithms for electrical capacitance tomography. Measurement Science and Technology 14, 2003, R1–R13.
  • [37] Ye J., Mao M., Wang H., Yang W.: An evaluation of the rotation of electrodes in multi-plane electrical capacitance tomography sensors. Measurement Science and Technology 26, 2015, 125404.
  • [38] York T.A., Phua T.N., Reichelt L., Pawlowski A., Kneer R.: A miniature electrical capacitance tomograph. Measurement Science and Technology 17, 2006, 2119–2129.
  • [39] Zeeshan Z., Teixeira F., Marashdeh Q.: Sensitivity map computation in adaptive electrical capacitance volume tomography with multielectrode excitations. Electronics Letters 51, 2015, 334–336.
  • [40] Zhao J., Zou X., Fu W.: Sensitivity Map Analysis of Adaptive Electrical Capacitance Volume Tomography Using Nonuniform Voltage Excitation Envelopes. IEEE Sensors Journal 17, 2017, 105–112.
  • [41] ECTsim3D web page, http://ectsim.ire.pw.edu.pl
Uwagi
Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-26ccce96-127a-4f62-950e-bd435d899783
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.