Walidacja modelu numerycznego czujnika pojemnościowego 3D

• Autorzy: Banasiak R.

Warianty tytułu

EN

Validation of numerical model of 3D ECT sensor

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Rekonstrukcja obrazu trójwymiarowego w tomografii pojemnościowej jest złożonym zagadnieniem numerycznym. W trakcie tego wieloetapowego, najczęściej iteracyjnego procesu obliczeniowego wyznaczane są parametry rekonstrukcji niezbędne do prawidłowej optymalizacji trójwymiarowego obrazu tomograficznego. Jednym z kluczowych etapów iteracyjnego procesu rekonstrukcji jest zagadnienie proste polegające na wyznaczanie symulowanego wektora pojemności w oparciu o zadany rozkład przenikalności dielektrycznej. Dokładność wyznaczenia rozwiązania zagadnienia prostego ma istotny wpływ na jakość oraz szybkość rekonstrukcji obrazu i zależy od przyjętej metody jego wyznaczania. Przy zastosowaniu nieliniowej rekonstrukcji obrazu wektor pojemności wyznaczany jest numerycznie przy zastosowaniu metody elementów skończonych w oparciu o numeryczny model czujnika pojemnościowego. W niniejszym artykule przedstawiono koncepcję kompletnego modelu trójwymiarowego czujnika pojemnościowego oraz dokonano jego wstępnej walidacji w oparciu o dane eksperymentalne. Zastosowanie kompletnego modelu czujnika pojemnościowego, uwzględniającego system ekranowania oraz innych elementów wynikający z konstrukcji czujnika umożliwia poprawę dokładności wyznaczania symulowanego wektora pojemności i uzyskanie lepszej zbieżności obliczeń numerycznych z danymi eksperymentalnymi.

EN

The 3D image reconstruction is a complicated and time consuming computational job. There are few important problems solved during this multistage, iterative process which can significantly influence on the effectiveness of the image reconstruction. One of the most crucial parts of image reconstruction process is a computation of forward model which is simulation of capacitance data and an accuracy of this process depends on the method we are using for that. Typically finite elements method and numerical 3D ECT model is used for maximizing the accuracy of the forward problem. In this paper a new idea of complete numerical model of 3D ECT sensor has been presented with its preliminary validation based on experimental data. The complete model of 3D ECT sensor with full screening arrangement and other constructional details is able to improve forward problem solution accuracy and also improves matching between simulated and experimental capacitance data.

Słowa kluczowe

PL

tomografia pojemnościowa; 3D ECT; komputerowy model czujnika pojemnościowego

EN

capacitance tomography; 3D ECT; capacitance sensor model

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Automatyka / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
• Rocznik: 2009
• Tom: T. 13, z. 3/2
• Strony: 1245--1256
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., wykr., tab

Twórcy

autor

Banasiak R.

• Katedra Informatyki Stosowanej, Politechnika Łódzka

Bibliografia

• [1] Wajman R., Banasiak R., Mazurkiewicz Ł., Banasiak R., Dyakowski T., Sankowski D., Spatial imaging with 3D capacitance measurements. Measurement Science and Technology, vol. 17, No. 8, August 2006, 2113-2118.
• [2] Warsito W., Fan L.-S., Development of 3-Dimensional Electrical Capacitance Tomography Based on Neural Network Multi-criterion Optimization Image Reconstruction. Proc. 3rd World Congress on Industrial Process Tomography (Banff), 2003, 942-947.
• [3] Soleimani M., Three-dimensional electrical capacitance tomography imaging, Insight. Non-De-structiye Testing and Condition Monitoring, vol. 48, No. 10, 2006, 613-617
• [4] Soleimani M., Mitchell C.N., Banasiak R., Wajman R., Adler A., Four-dimensional electrical capacitance tomography imaging using experimental data. Progress in Electromagnetics Research PIER, 90, 2009, 171-186.
• [5] Wajman R., Mazurkiewicz Ł., Banasiak R., The numerical calculation ofthe electrical field for Electrical Process Tomography. Proc. 3rd International Symposium on Process Tomography in Poland 2004 ( Łódź), 2004, 161-164.
• [6] Banasiak R., Wajman R., Mazurkiewicz Ł., Application of Charge Simulation Method for ECT imaging in forwardproblem and sensitivity matrix simulation. 5th World Congress on Industrial Process Tomography, Bergen, Norwegia, 2007, 1099-1106.
• [7] Banasiak R., Wajman R., Soleimani M., An efficient nodal Jacobian method for 3D electrical capacitance image reconstruction. Insight - Non-Destructive Testing and Condition Monitoring, 51 (1), 2009, 36-38.
• [8] Marashdeh Q., Teixeira F.L., Sensitivity Matrix Calculation for Fast 3-D Electrical. Capacitance Tomography (ECT) ofFlow Systems. IEEE Transactions on Magnetics, vol. 40, 2004.
• [9] Banasiak R., Wajman R., Mazurkiewicz Ł., Rozwój czujników pomiarowych dla trójwymiarowej tomografii pojemnościowej. Automatyka (półrocznik AGH), t. 10, z. 2-3, 2006, 221-228.
• [10] Yang W.Q., Key issues in designing capacitance tomography sensors. IEEE Conference on Sen- sors, 22-25 October 2006, Daegu, Korea, 2006, 497-505.
• [11] Silvester P., Ferrari R.L., Finite Elements for Electrical Engineers. Cambrige University Press, 1983.
• [12] Pląskowski A., Beck M.S., Thorn R., Dyakowski T., Imaging Industrial Flows – Astrlications of electrical process tomography. IOP Publishing Ltd. - Taylor & Francis, 1995.
• [13] Byars M., Developments in Electrical Capacitance Tomography. Proc. 2nd World Congress on Industrial Process Tomography (Hannover), 2001, 542-549.
• [14] Yang W.Q., Peng L., Review of image reconstruction algorithms for electrical capacitance tomography, Part 2: Evaluation. Proc. International Symposium on Process Tomography in Poland (Wrocław), 2002, 133-140.