Algorytm wyznaczania rozkładu potencjału elektrycznego dla trójwymiarowej tomografii pojemnościowej oparty na metodzie symulowanego ładunku

• Autorzy: Banasiak R. , Mazurkiewicz Ł. , Wajman R.

Warianty tytułu

EN

Novel algorithm for electric potential distribution calculation for 3D capacitance tomography based on charge simulation method

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Najczęściej stosowane w trójwymiarowej elektrycznej tomografii pojemnościowej techniki wyznaczania rozwiązania problemu prostego opierają się na metodzie elementów skończonych MES. Metoda elementów skończonych zastosowana dla zagadnienia 3D pochłania znaczne ilości zasobów sprzętowych komputera, jest czasochłonna obliczeniowo i wymaga podziału rekonstruowanej przestrzeni procesu na skończoną liczbą trójwymiarowych pikseli tworzących siatką 3D. W obrębie każdego elementu siatki definiuje się jednorodny materiał reprezentujący przenikalność elektryczną. Rozkład potencjału elektrycznego wyznacza się przy pomocy odpowiednich równań liniowych, aproksymujących równanie Laplace'a lub Poissona. Wady MES niekorzystnie stymulują rozwój systemów ECT 3D w kierunku zastosowań on-line. Autorzy [proponują] nowy algorytm wyznaczania rozkładu potencjału elektrycznego, który definiuje przenikalność elektryczną materiału dla węzłów siatki a wyznaczenie rozkładu potencjału elektrycznego odbywa się za pomocą metody symulowanego ładunku. Nowy algorytm pozwala w znaczący sposób zredukować czas przeprowadzenia etapu rozwiązywania zagadnienia prostego dla symulacji komputerowej systemu ECT 3D zachowując dokładność wyniku jaki generuje MES 3D przy znacznie wiąkszej uniwersalności zastosowań.

EN

Typically a forward problem for 3D ECT tomography has been solved using finite elements method. The crucial requirement for this technique is to divide reconstructed process space into finite number of tetrahedrons: each of them with homogenous material permittivity. The main drawback of FEM method is a very time consuming especially for 3D problem. The electric potential distribution is computed using linear equations to approximate Laplace and Poisson equations which is quite difficult and significantly affect on-line non-invasive imaging possibility. Differently authors propose a new approach which defines material permittivity for nodes and to approximate permittivity distribution inside finite elements with linear function. Authors presents an algorithm for forward solution based on Charge Simulation Method which is better suited to presented assumption about node-based permittivity distribution than FEM 3D. New approach is significantly reducing of computational time and flexibility improving while keeping FEM 3D accuracy.

Słowa kluczowe

PL

tomografia pojemnościowa 3D; zagadnienie proste; rekonstrukcja obrazu; metoda symulowanego ładunku; CSM

EN

3D capacitance tomography; forward problem; reconstruction; charge simulation method

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Automatyka / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
• Rocznik: 2007
• Tom: T. 11, z. 3
• Strony: 267--280
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Banasiak R.

• Katedra Informatyki Stosowanej, Politechnika Łódzka w Łodzi

autor

Mazurkiewicz Ł.

• Katedra Informatyki Stosowanej, Politechnika Łódzka w Łodzi

autor

Wajman R.

• Katedra Informatyki Stosowanej, Politechnika Łódzka w Łodzi

Bibliografia

• [1] Singer H., Steinbigler H., Weiss P.: A charge simulation method for the calculation of high voltage fields. IEEE Trans. Power Apparatus Systems PAS-93, 1974, 1660-1668
• [2] Raamachandran J., Rajamohan C: Analysis of Composite Plates Using Charge Simulation Method. Engineering Analysis of Boundary Elements, 18, 1996, 131-135
• [3] Pląskowski A., Beck M.S., Krawaczyński J.S.: Flow imaging for multicomponent flow measurement. Trans. Inst. Meas. Control 9, 1987, 108-112
• [4] Sikora J.: Algorytmy numeryczne w tomografii impedancyjnej. Warszawa, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej 2000
• [5] Yang W.Q., Peng L.: Image reconstruction algorithms for electrical capacitance tomography. Meas. Sci. Technol., vol. 14, No. 1, 2003, R1-R13
• [6] York T.A, Mazurkiewicz Ł., Poydorides N., Mann R., Grieve B.: Image Reconstruction for Pressure Filtration Using EIDORS 3D. 3rd World Congress on Industrial Process Tomography, Banff, Canada, 2003, 559-564
• [7] Warsito W., Fan L-S.: Development of 3-Dimensional Electrical Capacitance Tomography Based on Neural Network Multicriterion Optimization Image Reconstruction. Proc. 3rd World Congress on Industrial Process Tomography, Banff, Canada, 2003, 942-947
• [8] Wajman R., Mazurkiewicz Ł., Banasiak R.: The numerical calculation of the characteristic parameters of the electrical field in the sensor of electrical process tomography. 3rd International Symposium on Process Tomography in Poland, Lodź 2004, 161-164
• [9] Wajman R., Banasiak R., Mazurkiewicz Ł., Dyakowski T., Sankowski D.: Spatial imaging with 3D capacitance measurements. Measurement Science and Technology, vol. 17, 2006, 2113-2118
• [10] Banasiak R., Wajman R., Mazurkiewicz Ł.: Study of sensor layoutfor Three-Dimensional Electrical Capacitance Tomography. 4rd International Symposium on Process Tomography in Poland, Warszawa 2006, 147-150
• [11] Soleimani M.: Three-dimensional electrical capacitance tomography imaging. [w:] Non-Destructive Testing and Condition Monitoring, vol. 48, No. 10, October 2006, 613-617