Two-phase flow regime three-dimensonal visualization using electrical capacitance tomography – algorithms and software

• Autorzy: Banasiak R. , Wajman R. , Jaworski T. , Fiderek P. , Kapusta P. , Sankowski D.

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0010.4575

Warianty tytułu

PL

Trójwymiarowa wizualizacja struktur przepływów dwufazowych przy użyciu elektrycznej tomografii pojemnościowej – algorytmy i oprogramowanie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the software for comprehensive processing and visualization of 2D and 3D electrical tomography data. The system name as TomoKIS Studio has been developed in the frame of DENIDIA international research project and has been improved in the frame of Polish Ministry of Science and Higher Education Project no 4664/B/T02/2010/38. This software is worldwide unique because it simultaneously integrates the process of tomographic data acquisition, numerical FEM modeling and tomographic images reconstruction. The software can be adapted to specific industrial applications, particularly to monitoring and diagnosis of two-phase flows. The software architecture is composed of independent modules. Their combination offers calibration, configuration and full-duplex communication with any tomographic acquisition system with known and open communication protocol. The other major features are: online data acquisition and processing, online and offline 2D/3D images linear and nonlinear reconstruction and visualization as well as raw data and tomograms processing. Another important ability is 2D/3D ECT sensor construction using FEM modeling. The presented software is supported with the multi-core GPU technology and parallel computing using Nvidia CUDA technology.

PL

W artykule autorzy przedstawiają środowisko komputerowe do kompleksowego przetwarzania i wizualizacji tomograficznych danych pomiarowych. Oprogramowanie TomoKIS Studio powstało w Instytucie Informatyki Stosowanej PŁ w ramach projektu DENIDIA i zostało rozwinięte w ramach projektu MNiSW nr 4664/B/T02/2010/38. Zbudowane oprogramowanie jest unikalne w skali światowej, gdyż integruje w sobie proces pozyskiwania danych pomiarowych, modelowanie numeryczne oraz proces konstruowania obrazów tomograficznych, z możliwością adaptacji dla różnych aplikacji przemysłowych, w szczególności dla potrzeb monitorowania i diagnostyki przepływów dwufazowych gaz-ciecz. Architektura aplikacji oparta jest na zestawie niezależnych modułów, które pozwalają na w pełni dwukierunkową komunikacją, konfigurację oraz kalibrację dowolnego urządzenia tomografii elektrycznej z otwartym protokołem pomiarowym, akwizycję i przetwarzanie danych pomiarowych on-line, liniową oraz nieliniową rekonstrukcję obrazów 2D i 3D w czasie rzeczywistym, a także wizualizację surowych danych pomiarowych i tomogramów. Istotnym elementem systemu jest moduł numerycznego modelowania czujników pojemnościowych wykorzystujący metodę elementów skończonych, oparty na autorskich algorytmach generowania siatek MES komputerowych modeli czujników pojemnościowych. Architektura prezentowanego systemu została zaprojektowana przy użyciu obliczeń równoległych na procesorach graficznych, z wykorzystaniem technologii Nvidia CUDA.

Słowa kluczowe

EN

electrical capacitance tomography; fluid flow measurement; reconstruction algorithm

PL

elektryczna tomografia pojemnościowa; pomiar przepływów; algorytm rekonstrukcji

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 7, nr 1
• Strony: 11--16
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys.

Twórcy

autor

Banasiak R.

• Lodz University of Technology, Institute of Applied Computer Science

autor

Wajman R.

• Lodz University of Technology, Institute of Applied Computer Science

autor

Jaworski T.

• Lodz University of Technology, Institute of Applied Computer Science

autor

Fiderek P.

• Lodz University of Technology, Institute of Applied Computer Science

autor

Kapusta P.

• Lodz University of Technology, Institute of Applied Computer Science

autor

Sankowski D.

• Lodz University of Technology, Institute of Applied Computer Science

Bibliografia

• [1] Banasiak R., Wajman R., Sankowski D., Soleimani M.: Three-dimensional nonlinear inversion of electrical capacitance tomography data using a complete sensor model. Progress In Electromagnetics Research (PIER), 100/2010, 219–234.
• [2] Banasiak R., Wajman R., Soleimani M.: An efficient nodal Jacobian method for 3D electrical capacitance tomography image reconstruction. 51/2009, 36–39.
• [3] Brzeski P., Mirkowski J., Olszewski T., Pląsowski A., Smolik W., Szabatin R.: Multichannel capacitance tomograph for dynamic process imaging. OptoElectronics Review, 11/2003, 175–180.
• [4] Collignon T., Van Gijzen M.: Two implementations of the preconditioned conjugate gradient method on heterogeneous computing grids. International Journal of Applied Mathematics and Computer Science, 20/2010, 109–121.
• [5] Janiszowski K.B.: Inversion of square matrices in processors with limited calculation abilities. International Journal of Applied Mathematics and Computer Science2, 13/2003, 199–204.
• [6] Jaworski T., Wajman R.: Graphical User Interface for building the spatial definition of the electrodes in 3D Electrical Capacitance Tomography. Zeszyty Naukowe Automatyka, AGH, 3/2009.
• [7] Kapusta P., Majchrowicz M., Sankowski D., Banasiak R.: Application of GPU Parallel Computing for Acceleration of Finite Element Method Based 3D Reconstruction Algorithms in Electrical Capacitance Tomography. Image Processing & Communications, 17/2012, 339–346.
• [8] Liu Z., Babout L., Banasiak R., Sankowski D.: Effectiveness of rotatable sensor to improve image accuracy of ECT system. Flow Measurement and Instrumentation, 21/2010, 219–227.
• [9] Soleimani M.: Three-dimensional electrical capacitance tomography imaging. Insight - Non-Destructive Testing and Condition Monitoring, 48/2006, 613–617.
• [10] Wajman R., Banasiak R., Mazurkiewicz L., Dyakowski T., Sankowski D.: Spatial imaging with 3D capacitance measurements. Measurement Science and Technology, 17/2006, 2113.
• [11] Wang F., Marashdeh Q., Fan L.S., Warsito W.: Electrical capacitance volume tomography: Design and applications. Sensors, 10/2010, 1890–1917.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).