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EMT系統(tǒng)邊界磁場檢測線圈的動態(tài)補償及圖像重建
摘要：提出了一種應(yīng)用于電磁層析成像（EMT）系統(tǒng)的磁檢測線圈的動態(tài)補償方法，實現(xiàn)了被測空間邊界磁場檢測的系統(tǒng)誤差補償。經(jīng)過EMT系統(tǒng)的圖像重建實驗證明，這種補償方法能夠提高圖像重建的精確性。關(guān)鍵詞：電磁層析成像 工業(yè)CT 傳感器 圖像重建
電磁層析成像（Electromagnetic Tomography,EMT）技術(shù)是近十年來發(fā)展起來的一種新型過程層析成像技術(shù)[1]。它將電磁感應(yīng)原理與“由投影重建圖像”的理論相隔合，通過檢測被測空間邊界的磁場信息重建空間中導(dǎo)電、導(dǎo)磁物質(zhì)的時空分布圖像，而且其傳感器具有非介入、非接觸和無危害的檢測優(yōu)點，因此可應(yīng)用于工業(yè)過程中多相流檢測[2]、化工分離、異物監(jiān)測、地質(zhì)勘探及生物電磁學(xué)研究[3]等領(lǐng)域。EMT系統(tǒng)圖像重建質(zhì)量的影響因素之一是其檢測系統(tǒng)的準確性和測量的一致性。在檢測系統(tǒng)的傳感器設(shè)計中，檢測邊界磁場的多個檢測線圈在工藝上難以做到完全一致，由此將直接導(dǎo)致重建圖像的失真。為消除這種不一致性對圖像重建造成的影響，作者設(shè)計了一種動態(tài)補償算法，通過在多個激勵方向下對檢測線圈做綜合補償，提高了圖像重建的精神性。
1 EMT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及檢測特點
EMT系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。左邊圓形結(jié)構(gòu)為可安裝于工業(yè)多相流管道的傳感器截面。在被測管道的中心分布有多相流動物質(zhì)，系統(tǒng)的檢測目的是通過非接觸、非介入的方式將管道內(nèi)的不同物質(zhì)的分布圖像在計算機上得以重建，進而分析出多相流體的各種特征參數(shù)，并應(yīng)用于測控系統(tǒng)中。這實現(xiàn)這一目的，由計算機控制圖1所示的激勵模式選擇和激勵信號分配系統(tǒng)，由激勵系統(tǒng)在被測管道中激發(fā)出特定的激勵場；然后與醫(yī)學(xué)CT類似，使激勵場在空間連續(xù)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的同時檢測邊界磁場的畸變情況，并由數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)實現(xiàn)磁場信號的解調(diào)；最后應(yīng)用圖像重建算法重建出被測空間的物質(zhì)分布。
作者用柔性激勵極板陣列實現(xiàn)的EMT傳感器[4]的截面如圖2所示。傳感器由內(nèi)到外依次是管道壁、檢測線圈、激勵層和屏蔽層。其中，檢測線圈由8個沿管道外壁待距離分布的精密繞組構(gòu)成，完成邊界磁場的測量；激勵層由柔性激勵極板陣列構(gòu)成；電磁屏蔽層由鐵氧體和波莫合金構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集與信號處理電中實現(xiàn)各個激勵角度條件下的邊界磁場測量，激勵和檢測由圖像重建計算機協(xié)調(diào)控制，同時該計算機完成圖像重建和多相流特征參數(shù)的提取。激勵極板陣列由32個均勻分布的柔性極板構(gòu)成，通過改變極板的電流分布可實現(xiàn)不同的激勵方式。其中，管道半徑Rp=35mm，檢測線圈半徑Rd=38.42mm，激勵線圈半徑Re=55mm，磁屏蔽層內(nèi)半徑Rsin=60mm，被測管道直徑為70mm。
對于這一傳感器結(jié)構(gòu)，需要補償?shù)木褪菣z測層的8個檢測線圈特
[1] [2] [3]
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