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| 电容层析成像（Electrical Capacitance Tomography，简称ECT）技术是一种将医学CT和现代检测技术相结合的PT技术。它通过设置在管道、容器等过程设备外围的传感器阵列，以非侵入的方式获得测量区域所需要的不同角度的“投影”信息，即极板对间的电容值。经过信号处理以及图像重建，获得被测物场的介质分布，并最终实现二维/三维的可视化。电容层析成像技术具有非侵入、非接触、响应速度快、低成本等特点，广泛应用于工业过程检测中。传统的ECT可以重建出某一时刻二维横截面的断层图，然后通过多个二维断层图在空间上做插值处理才能得到三维的重建图像。然而绝大部分的过程发生在三维空间中，直接三维ECT技术通过测量同层和异层所有极板对间的电容值，不需要经过二维断层成像等处理，直接进行三维成像。近几年中，直接三维ECT技术得到了越来越多的关注。本文主要完成了如下工作：（1）学习Comsol Multiphysics多物理场有限元分析软件。在Comsol中把AC/DC模块中的静电场作为仿真实验的物理场，通过几何建模、静电场设置、材料设置、网格剖分等步骤建立直接三维ECT传感器的模型。（2）建立了8种直接三维ECT仿真模型，分别改变极板的轴向和径向长度、极板的轴向间隙、相邻极板层间的旋转等结构参数，并从最小电容值、电容的动态范围、敏感场分布、灵敏度矩阵的条件数、图像重建效果等方面分析这些结构参数对直接三维ECT系统的影响，并确定了较优的结构。（3）采用非零门限的Landweber算法进行图像重建，用体素填充法和等值面法对重建出的结果进行三维可视化。 |
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