Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Rekonstrukcja obrazów w elektrycznej tomografii pojemnościowej

Smolik W. T.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2013

|

z. 188

3--226

PL

W rozprawie zaprezentowano technikę obrazowania metodą elektrycznej tomografii pojemnościowej. Opisano podstawy fizyczne, wybrane metody rozwiązywania problemu prostego i algorytmy rekonstrukcji obrazów oraz konstrukcję aparatury pomiarowej. Omówiono metody wyznaczania rozkładu pola elektrycznego i macierzy wrażliwości w kontekście modelowania tomograficznych sond pojemnościowych. Numeryczne algorytmy wyznaczania rozkładu potencjału, optymalizowane przez autora pod względem czasu obliczeń, mają duże znaczenie w nieliniowej, trójwymiarowej rekonstrukcji obrazów. Zaprezentowano występujące w tomografii elektrycznej nieliniowe zagadnienie odwrotne wiąz metodami regularyzacji problemu źle uwarunkowanego i technikami doboru parametru regularyzacji. Opisano algebraiczne, liniowe i nieliniowe metody rekonstrukcji obrazów, a w szczególności zaproponowane przez autora algorytmy przedziałami liniowe. W rozprawie przedstawiono, opracowane iv ramach p tac badawczych, oprogramowanie do numerycznego modelowania i rekonstrukcji obrazów w elektrycznej tomografii pojemnościowej. Opisano konstrukcję pojemnościowych sond tomograficznych oraz metody pomiaru bardzo małych pojemności. Zaprezentowano opracowany w ramach prac doświadczalnych tomograf pojemnościowy. Rozprawa jest podsumowaniem badań prowadzonych przez autora w dziedzinie tomografu elektrycznej.

EN

This dissertation presents an imaging technique by means of electrical capacitance tomography. The physical basis, selected methods of forward problem solution and image reconstruction algorithms, as well the design of the measurement system were described. The methods of electric field distribution and sensitivity matrix calculation were discussed m the context of the design of capacitance tomographic sensors. Numerical algorithms for potential distribution computation, optimized by die author regarding calculation speed, are of great importance in nonlinear three-dimensional image reconstruction. Nonlinear inverse problems occurring in electrical tomography together with the regularization methods for ill-conditioned problems and selection techniques of a regularization parameter were presented. Algebraic linear and nonlinear image reconstruction methods, particularly range linear algorithms proposed by the author, were described. The dissertation also presents software for numerical modelling and image reconstruction in electrical capacitance tomography elaborated within the framework of the author's research and describes the design of tomographic capacitance sensor and the methods for very small capacitance measurement. The capacitance tomography scanner elaborated within the framework of experimental work was presented. This dissertation is a summary of the research carried out by the author in the field of electrical tomography.

2

Nowa metoda tunelowego wyznaczania macierzy wrażliwości dla potrzeb procesu rekonstrukcji obrazów dla trójwymiarowej tomografii pojemnościowej

Wajman R., Banasiak R.

Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska

|

2013

|

nr 3

32--37

PL

Macierz wrażliwości jest głównym czynnikiem wpływającym na finalną jakość wyników procesu rekonstrukcji obrazów dla trójwymiarowej elektrycznej tomografii pojemnościowej 3D ECT. Dotychczasowe metody ich wyznaczania dają w większości przypadków dobre wyniki rekonstrukcji i umożliwiają dodatkowo wykonanie procesu iteracyjnej aktualizacji map wrażliwości, dostosowując ich naturę do zmieniającego się wraz z procesem rekonstrukcji symulowanego rozkładu pola elektrycznego. W ramach niniejszego artykułu autorzy przedstawią własną istotną modyfikację procesu wyznaczania map wrażliwości poprzez uwzględnienie w tym procesie szczegółowego rozkładu pola we wnętrzu czujnika. Opracowany nowy tunelowy algorytm wyznaczania macierzy wrażliwości konstruuje mapy wrażliwości w oparciu o śledzenie powierzchni budowanych wzdłuż linii sił pola elektrycznego. W artykule zostaną przedstawione wyniki procesu rekonstrukcji obrazów, które wykażą większą skuteczność nowej metody.

EN

The sensitivity matrix is main part of the image reconstruction process for 3D ECT imaging and strictly decides about the its final quality. Common sensitivity determination methods mostly provide acceptable results and additionally allow to perform the recalculation of the sensitivities according to the changing permittivity distribution. In this paper authors introduce the crucial modification of the sensitivity determination process based on the electric field distribution analysis. The designed new tunnel based algorithm follows the surfaces constructed along the electric field lines. In the paper the results of the image reconstruction experiments will be shown and the better accuracy of the new method will be proved.

3

Badanie bezpośredniej i pośredniej metody rekonstrukcji przewodności w tomografii elektrycznej

Brydak K., Dorozhovets M.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2009

|

R. 55, nr 12

985-988

PL

W pracy zbadano dwa algorytmy realizujące rozwiązanie zagadnienia odwrotnego tomografii elektrycznej związane z odtworzeniem rozkładu konduktywności iteracyjnymi metodami przybliżonymi. W pierwszym algorytmie realizowane jest bezpośrednie odtwarzanie rozkładu konduktywności. W drugim algorytmie rekonstrukcji podlega rezystywność. W oparciu o zaproponowane modele rozkładu konduktywności z wzorcowymi zaburzeniami parametrów rozkładu przedstawiono ocenę zbieżności omawianych algorytmów oraz przedstawiono wpływ doboru parametrów początkowego przybliżenia konduktywności oraz sposób jego poprawy przez wprowadzenie współczynnika skalowania parametrów.

EN

In the paper two iterative algorithms for distribution conductivity reconstruction by a tomography method are presented. Both algorithms are based on the previous approximation using the finite element method (FEM) of the conductivity γ inside the investigated area. In the first algorithm (called MG) the approximated conductivity distribution is directly reconstructed. In the second algorithm (called MR) the conductivity distribution is indirectly reconstructed by resistivity ρ with the next inverse transformation: γ = 1/ρ. Using electrical equivalent circuits of the triangular and rectangular elements, the FEM approximation can be presented as electrical networks (Fig. 2) built from resistors (conductors, capacitors and (or) inductors). Therefore the Jacobian matrix, which is used in the reconstruction algorithm, can be calculated directly and accurately (without any methodical errors) with solution of the appropriate equations of node potentials (5) or loop currents (6). The quality of algorithms is verified using 4 test models of conductivity distribution γ in the investigated area (Fig. 3). Each test model consists of Nel=96 triangular elements and provides Nep=24 measuring electrodes (associated with the external node equivalent network). It is shown that the direct algorithm (MG) is convergent for small (about few percent) changes of conductivity and is strongly dependent on the level of initial conductivity in the first iteration. The convergence of the indirect algorithm (MR) does not depend on initial resistivity levels in the first iteration and after 3-4 iterations the model conductivity is reconstructed with the accuracy smaller than 1% for the reconstruction standard deviations (Fig. 3). It is possible to improve the direct algorithm (MR) by scaling the initial conductivity (12). The scaled factor is calculated as a ratio of the mean measured to calculated output interelectrode voltage value (11). After scaling the MG algorithm, it provides the same or better convergence as the MR algorithm (Fig. 3). The investigation results are discussed in the summary.

4

3D visualisation algorithms in industrial electrical process tomography systems

Banasiak R.

Zeszyty Naukowe. Elektryka / Politechnika Łódzka

|

2008

|

z. 113

29-37

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.

5

Metoda wyznaczania macierzy wrażliwości w tomografii elektrycznej przy aproksymacji elementami skończonymi

Brydak K., Dorozhovets M.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2007

|

R. 53, nr 12

58-61

PL

W pracy przedstawiono podstawowe problemy spotykane podczas wyznaczania macierzy wrażliwości w tomografii elektrycznej. W ogólnym przypadku przy obliczaniu elementów Jakobianu metodami numerycznymi towarzyszą błędy spowodowane aproksymacją zagadnień polowych związanych z ograniczoną liczbą elementów skończonych, aproksymacją skończonych różnic przy obliczaniu numerycznym pochodnych (obliczanie nachylenia siecznej a nie stycznej) i powodowane niedokładnością obliczania różnicy dwóch bliskich wartości napięć międzyelektrodowych (ograniczenia precyzji reprezentacji liczb w procesorze komputera). Zaproponowano szybszą i bardziej precyzyjną metodę obliczania macierzy Jacobiego bez błędu metody wykorzystującą własności ekwiwalentnych sieci elektrycznych elementów skończonych.

EN

This article describes basic problems that appear during the sensitivity matrix in electrical tomography calculation. Generally, there occur errors during Jacobian matrix elements calculation. Those errors are results of field problems with limited number finite elements approximation, difference finite during numerical derivation (calculation secant gradient versus secant) approximation, and inaccurate two relative voltage values between electrodes (limitation of precision numerical representation in the computer processor) difference calculation. The fast and precise Jacobian matrix calculation method with no methodical error for the aid of equivalent electrical grid finite elements is proposed.

6

Metody wyznaczania map czułości dla systemu tomografii optycznej

Przywarski R., Grudzień K., Romanowski A., Rząsa M., Wajman R.

Automatyka / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

|

2007

|

T. 11, z. 3

301-310

PL

W większości zastosowań technik tomograficznych pierwszym etapem pozyskiwania informacji na temat stanu procesu przemysłowego jest rekonstrukcja obrazu tomograficznego. Dlatego też uzyskiwanie obrazu na podstawie specyficznych dla danej techniki właściwości jest zwykle najistotniejszym krokiem w badaniu zjawisk przy pomocy tomografii. W tomografii optycznej wykorzystywane są właściwości optyczne medium obecnego w badanej przestrzeni. Przestrzeń pomiarowa jest prześwietlana kilkoma wiązkami promieni z widma widzialnego, a następnie światło po przebyciu badanej przestrzeni zostaje odebrane przez detektory. Na podstawie różnic przejrzystości substancji oraz innych zjawisk takich jak odbicie, załamanie, itp. budowany jest obraz odzwierciedlający dany obszar. Proces budowy obrazu jest oparty na wykorzystaniu macierzy czułości. W artykule opisano dwie metody wyznaczania macierzy czułości. Pierwsza zakłada, że promienie światła są odcinkami. Druga metoda zakłada, że promienie są wiązkami o określonej szerokości. Obie metody opierają się na śledzeniu promieni od źródła do czujnika. Porównanie obu metod uwidacznia zalety i wady obu rozwiązań. Badania dokonano na podstawie symulacji numerycznej i eksperymentów z przepływem dwufazowym gaz/ciecz w kolumnie pionowej.

EN

Image reconstruction is a first stage of deriving information about the industrial process state for majority of process tomography applications. Therefore, image preparation on the base of tomography modality-specific properties, is the most important step in phenomena investigation with use of tomography. For optical modality, visual properties of the medium present in an explored space is deployed. Measurement space are illuminated with a few beams of visible light rays, and after traveling through the examined region, the incident light is sensed with detectors. Based on differences in medium transparency level and some other phenomena like reflection, refraction, etc., the image corresponding to a given space. The process of image reconstruction utilizes the sensitivity matrix. The paper presents two methods of sensitivity matrix determination. The first one assumes the light rays to be segments. The other one makes an assumption of the fixed width of light beams. Both methods are using the concept of light tracking from source to detector. The comparison of both methods identifies advantages and disadvantages of the two solutions. The study was conducted with use of numerical simulation and multiphase (gas/liquid) flow experiments in vertical column.

7

Nowa koncepcja czujnika tomografu pojemnościowego do badania przeciwprądowych przepływów gaz-ciecz

Rząsa M.R., Wajman R.

Automatyka / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

|

2006

|

T. 10, z. 3

229-238

PL

W pracy przedstawiono rozwiązanie systemu pomiarowego do badania przepływów dwufazowych gaz-ciecz w ruchu przeciwprądowym. System pomiarowy oparty jest na tomografie pojemnościowym. Ze względu na specyfikę struktur powstających podczas przeciwprądowego przepływu gazu i cieczy, opracowano czujnik pomiarowy o dużej czułości pomiarowej przy ściance oraz odpowiedni przetwornik pojemności na częstotliwość. Praca zawiera wyniki badań testowych proponowanego rozwiązania, które porównano z wynikami uzyskanymi z typowego przetwornika stosowanego w tomografii pojemnościowej.

EN

A measurement system for gas-liquid counterflow investigation is presented. On account of the structure exceptionality of the process a new capacitance tomography sensor was designed. The border area of the sensor is characterized by the higher level of sensitivity as in classical solutions. A new capacitance transducer to frequency was also designed. In the paper the preliminary results obtained with the new measurement system are presented and discussed.