3D visualisation algorithms in industrial electrical process tomography systems

• Autorzy: Banasiak R.

Warianty tytułu

PL

Algorytmy wizualizacji 3D w przemysłowych systemach elektrycznej tomografii procesowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The research was focused on the novel 3D visualization algorithms development for Electrical Capacitance Tomography (ECT). Effective imaging in 3D process space may be achieved only using spatially acquired data and 3D image reconstruction. Spatial layout of measurement electrodes and new visualization algorithms are necessary. There are only few works on ECT 3D visualization in the state of the art. The proposed 3D sensors have simple layout with a small number of measurement electrodes and 3D image visualization process is typically performed using Finite Elements Method and artificial neural networks. Finite Elements Method is too slow for 3D ECT visualisation. Neural networks based reconstruction method is too complicated and not universal. Additionally there is a need for sensitivity matrix size decreasing due to problems of its storing and processing in computer memory. In order to solve problems mentioned above the new 3-dimensional layout of ECT sensor was developed and new visualisation algorithms were developed. Obtained results are promising.

PL

Tomografia procesowa jest młodą, dynamicznie rozwijającą się metodą diagnostyki przemysłowej. Unikalność tomografii procesowej ściśle związana jest z cechą nieinwazyjności. Obrazowanie tomograficzne pozwala obserwować strukturę wnętrza obiektu bez konieczności ingerowania do jego wnętrza. Metody tomograficzne początkowo stosowane były w celu wizualizacji dwuwymiarowej wnętrza procesu przemysłowego. Uzyskane dane pomiarowe umożliwiały dwuwymiarową konstrukcję obrazu przekroju przez wnętrze procesu. Jednakże wiele procesów przemysłowych posiada naturę 3D i wymaga zastosowania trójwymiarowej techniki obrazowania. W celu opracowania przemysłowego systemu wizualizacji 3D autor opracował przestrzenną strukturę czujnika pojemnościowego oraz algorytmy wizualizacji tomograficznej 3D, takie jak algorytm wyznaczania rozkładu potencjału elektrycznego w oparciu o metodę symulowanego ładunku, algorytm wyznaczania wartości macierzy wrażliwości dla węzłów siatki modelu czujnika. Opracowane algorytmy zostały zweryfikowane z użyciem systemu pomiarowego elektrycznej tomografii pojemnościowej zarówno w środowisku rzeczywistym, jak i na drodze symulacji i pozwoliły między innymi na znaczące przyspieszenie procesu konstrukcji obrazu 3D. Uzyskane rezultaty badań są obiecujące.

Słowa kluczowe

EN

ECT; electrical capacitance tomography; electric field; process tomography; image diagnostic; 3D visualization; measuremant electrode; sensitivity matrix

PL

ECT; elektryczna tomografia pojemnościowa; pole elektryczne; tomografia procesowa; diagnostyka obrazowa; wizualizacja 3D; czujnik pojemnościowy; macierz wrażliwości

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Elektryka / Politechnika Łódzka
• Rocznik: 2008
• Tom: z. 113
• Strony: 29--37
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz.

Twórcy

autor

Banasiak R.

• Technical University of Łódź, Computer Engineering Department

Bibliografia

• [1] Banasiak R., Wajman R., Mazurkiewicz Ł.: (2006) Study of electrodes layout for three-dimensional electrical capacitance tomography sensors, proc. PROCTOM 2006 - 4th International Symposium on Process Tomography in Poland (Warszawa), pp. 147-150.
• [2] Banasiak R., Wajman R., Mazurkiewicz Ł.: (2007) Application of Charge Simulation Method for ECT imaging in forward problem and sensitivity matrix simulation, 5th World Congress on Industrial Process Tomography, Bergen, Norwegia, pp. 1099-1106.
• [3] Beck M. S. and Williams R.A.: (1995) Sensor Design and Selection in Frontiers of Industrial Process Tomography, San Luis Obispo, CA.
• [4] Pląskowski A., Beck M.S., Krawaczyński J.S.: (1987) Flow imaging for multi-component flow measurement, Trans. Inst. Meas. Control 9: pp. 108-112.
• [5] Polydorides N., Lionheart W.R.B.: (2002), A Matlab toolkit for three-dimensional electrical impedance tomography: a contribution to the EIDORS project, Measurement Science and Technology 13(2002), No. 12, 1871-1883.
• [6] Sikora J.: (1998) Algorytmy numeryczne w tomografii impedancyjnej, skrypt, Politechnika Warszawska.
• [7] Singer H., Steinbigler H., Weiss P.: (1974) A charge simulation method for the calculation of high voltage fields, IEEE Trans. Power Astraratus Systems PAS-93 (1974) pp. 1660-1668.
• [8] Wajman R., Banasiak R., Mazurkiewicz Ł., Banasiak R., Dyakowski T., Sankowski D.: (2006) Spatial imaging with 3D capacitance measurements, Measurement Science and Technology, Vol. 17, No. 8, August 2006, pp. 2113-2118.
• [9] Wajman R., Mazurkiewicz Ł., Banasiak R., Sankowski D.: (2005) Numerical Calculation of Forward Problem for 3D Capacitance Tomography, proc. 4th World Congress on Industrial Process Tomography (Aizu), pp. 588-593.
• [10] Wang H., Liu S., Jiang F. and Yang W.Q.: (2003) 3D Presentation of Images with Capacitance Tomography, proc. 3rd World Congress on Industrial Process Tomography (Banff), pp. 331-336.
• [11] Warsito W., Fan L-S.: (2003) 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), pp. 942-947.
• [12] York T.A., Mazurkiewicz Ł., Polydorides N., Mann R., Grieve B.: (2003) Image Reconstruction for Pressure Filtration Using EIDORS 3D, 3rd World Congress on Industrial Process Tomography (Banff), Canada, pp. 559-564.