孙启国,孙 奥,李照威

(北方工业大学 机械与材料工程学院，北京 100144)

0 引言

电容层析成像技术(ECT，electrical capacitance tomography)是一种工业过程层析成像技术。ECT系统主要由电容传感器、数据采集装置和计算机构成，其工作原理是被测物体具有不同的介电常数从而导致电容发生变化，其特点是价格低廉，非侵入式，响应速度快，成像过程无干扰[1-2]。目前，此技术被广泛应用于在多相流识别。

ECT传感器的结构将直接影响测量电容的采集和灵敏度的分布，进而影响重建图像的质量。目前，针对大管径(直径20 mm以上)的结构参数优化问题进行了较为广泛地研究。如文献[3]推导了电容敏感阵列电极的数学模型，根据灵敏度场确定优化指标，分析了结构参数对优化指标影响,并获得了一组结构优化参数。结果表明结构优化参数可靠，电容阵列敏感电极分辨率提高了10%。文献[4]设计了一种具有8个电极的ECT传感器，根据敏感场的均匀程度对传感器的参数进行选取，采用正交设计法对参数进行计算及优化，得到一组优化参数，结果表明优化后电容传感器可以获得较为理想成像结果。文献[5]建立了12电极的矩形ECT传感器，通过有限元法计算了电容极板和屏蔽极板长度对灵敏度分布的影响，提出了最佳电容极板长度应该与传感器的宽度或直径相同。文献[6]为研究管内为油水两相流设计了12电极的ECT传感器，根据灵敏度的均值和标准差确立了评价函数，改变单一结构参数对电容值重新计算，并结合正交实验法对4个参数进行优化。……