电学层析成象系统在工业过程监控中的应用.pdfVIP

电学层析成象系统在工业过程监控中的应用+ 徐苓安董峰邓湘 (天津大学电气自动化及瞻曩工程学琬自动化系天津300072) ■叠：过程层析成象(h湖Teme暑mphy．倚舜Pr)技术经过十多年的发晨已纛步走向成 格，从宴t塞研究进^到工业应用研究叶臣。其中，电学层析成象(盯)技术，由于其精柯倚 单、响应述度快和成本怔等特点，巳在许多过翟舅量中取得成功。本文将集中讨论基于电学 t囊愿理的层析成象系统，在应用于工业过程的苴舅与控制时，所胥要解决的若干挑战性问 曩。 l概述髓黎成吉…黼 过程层折成象(hm—T0—g呐，筒称11r)技术是二十世纪八十年代中期，麓着计算机技术 和檀蔫技术的进步正式形成和迅速发展起来的新一代过程参散检测技术；是以两相流或多相流为 主要研究对象的过程参数二维或三维分布状况的在线实时检舅技术；是计算机层析成象(c0珥蛐． 境的不同，使得Pr技术无论是在信息的获取方式和信息的处理方法上，还是在测量结果的解释和 应用上与cT技术有着显著的不同之处m“”。 Pr技术特点在于：它将传统的对过程参数的单点、局部的舅量，发展为多点、截面分布式的测 量；它在不奠坏、干扰流体流动的情况下，获得管道或设备内部两相，多相流体的二维，三维分布信 息；为在工业条件下对基于热动力学、反应动力和流体动力学原理建立的过程、设备模型的证实提 供一种方便的手段；还可以为优化过程设备及装置的设计，改进过程工艺，实现两相／多相流体赣 进，反应复杂生产过程的调整与控制提供全面、准确的信息和辅助的研究手段。 目前，”技术的研究已开始从实验研究向应用研究的方向发展和迈进，Pr技术在两相流，多 相藏测试疆壤也发挥越来越重要的作用。特别是基于电学方法的层析戚象(EleetIieal T0Ⅲ辨pI可， 简称ET)技术，由于其结梅简单、响应速度快和成本低等特点，已进人到工业应用研究阶段，井在 应用于线监测和环境监测方面等诸多领域取得研究成果。 2电学层析成象 基于电学敏感原理的电学层析成象系统是由以下三个主要部分构成(如图1所示)：①获取 麓舅物场信息的空间敏感阵列。它在交流电压电流激励下．形成一个可从不同观测角度扫掠被涮 物场的空间敏感场，物场内部组份分布或结构的运动变化对敏感场产生调崩作用，使敏感阵魏输 出相应的信号。②数据采集与处理单元。它的任务是快速实时的采集空间敏感阵列输出的反映 +蚴计■青年基叠。基垒号：尬0一Q一013 胃采t叠膏较膏士点基金。基叠号：卵∞5《7 —3瓤一 被测钶场二雏／--维分布状态的大量舜时信号，并完成相应的解调、滤波处理，以获得直接反映物 场变化的信息(包括实都、虐部、模以及相位等等)。③图像重建与物场参数提取单元。它的任务 是运用圈像重建算法，根据处理后的数据，获得被测物场的二维或三维图像以及变化的时问历程， 使人们直接看到过程设备或装置内部某个截面上组份的分布，同时又可运用相应的基于知识工程 的软件库，提取出被铡物场的特征信息，如流型、相速度、相含率、相尺寸等等㈨。 圈1电学层析虚象系统犄鹿框田 取决于散痘阵列的工作原理的不同，敏感场的性质及其教测物场相互作用方式也将不同，这 就形成了各种具体的电学层析成像系统，而且它们又有各自适应的舅量方案。但相对而言，各种 电学层折成像系统的数据采集、处理部门和图像重建部分则是大同小异的。表1是对电容层析戚 象(Ecr)系统、电阻层析成象(ERT)系统和电盛层析成象(EMT)系统的敏感电极阵列形式和适用 范围的简单归纳¨”。 寰1基于电学的层析戚像技术的比较M 羹丑 t盛阵列 一量值 麓一舟质特性’囊 ^囊藿嗣介质 袖、睬★于水、非全■ 船 电容值 1俨一l旷 粉末、■合暂、可■气