电磁层析成像正问题研究.ppt

1、,电磁层析成像 正问题研究,姓名： 徐凯 学号： 3006203134 学院：电气工程与自动化学院 班级： 自动化5班 指导老师：尹武良 教授,Tianjin University,2,报告内容,2. 创新点及意义,1. 课题内容简介,3. 研究结果展示,4. 其他事项,Tianjin University,3,一、课题内容,Tianjin University,4,EMT灵敏度矩阵的计算,一、推导了EMT灵敏度的数学表示,圆形线圈 磁场分布图 磁导率灵敏度图,二、借助Matlab建立EMT的三维物理模型；,三、计算不同形状线圈的场量 H （ B ）、A（E）,四、从场量中提取得到灵敏度图（点

2、乘）；,圆形线圈 电场分布图 电导率灵敏度图,矩形线圈 电场分布图 电导率灵敏度图,矩形线圈 磁场分布图 磁导率灵敏度图,Tianjin University,5,EMT传感器的优化设计,线圈个数,线圈直径,线圈位置,线圈形状,Tianjin University,6,有限元法编程求解正问题,一、详细阐述了有限元法的基本数学原理 二、编程计算了物场内的涡流场分布，并绘图 三、通过对比了线圈旋转、线圈直径变化、线圈 距离变化、线圈立放等情况下的涡流场，总结了 涡流场的分布特点。,原始 状态,小线圈 激励,远距离 激励,线圈 立放,线圈旋转,Tianjin University,7,二、创新点及意

3、义,灵敏度图的计算上：没有采取传统的借助comsol仿真软件的测量扰动法，而是推导了灵敏度的理论计算公式，首次借助matlab直接从场量中进行提取计算（非仿真），并且首次分别计算了电导率和磁导率的灵敏度。 传感器的优化上：从灵敏度矩阵特征值谱的角度对传感器进行优化，避免了因成像算法不同带来的评价指标不通用性。 分析了多种传感器尺寸因素变化对灵敏度矩阵性的影 响，总结了各自规律，而不仅仅是从最终测量结果上寻优。,Tianjin University,8,创新点及意义,涡流场计算上：采用有限元法对电磁层析成像正问题进行编程计算（非仿真），得到了涡流场的向量矩阵，绘制了该涡流场的矢量图，并通过对比不

4、同激励方式下的涡流场，总结归纳了涡流场的规律和特点。 模型的选取上：本文在计算灵敏度图、优化传感器、计算涡流场时均在Matlab中建立了三维物理模型。更加接近客观实际，形象直观且确保了结果的准确性和有效性。,Tianjin University,9,灵敏度的数学推导,检测值F的变化,坡印亭矢量,只看变化量，两式做差,别找了，答案在这呢,Tianjin University,10,圆形线圈磁导率灵敏度图,磁导率灵敏度图,磁感应强度B分布图,Tianjin University,11,圆形线圈电导率灵敏度图,矢量磁位A分布图,电导率灵敏度图,Tianjin University,12,方形线圈磁导

5、率灵敏度图,磁感应强度B分布图,磁导率灵敏度图,Tianjin University,13,方形线圈电导率灵敏度图,灵敏度图的特点 1.灵敏度场分布不均匀不平缓。各 种灵敏度场之间的差异主要取决于激励线圈和检测线圈位置的不同，即特定的“投影”方向。 2.激励线圈和检测线圈附近以及被测空间边缘部分灵敏度场变化较大，而处在激励线圈和检测线圈之外的部分则灵敏度场数值较小，且个别点的灵敏度场存在负值。 3.无论是采用哪组激励检测方向，被测圆域的中心处灵敏度值都相对较小。 上述这些现象都是电磁测量中 “软场效应”的表现。,电导率灵敏度图,Tianjin University,14,线圈个数优化（1）,T

6、ianjin University,15,线圈个数优化（2）,线圈个数优化： 在理论上，线圈个数越多，能获得越多的的非相关独立测量信息，成像效果也就会越精确； 但在实际系统中，考虑到成像区域的像素数、传感器制作成本等因素，完全可以做到用最少的线圈达到所需的成像效果。,Tianjin University,16,线圈距离优化,距离优化： 线圈到管道中心的距离是存在最优值的； 它是兼顾电磁场强度和电磁场均匀性两方面因素的结果。,Tianjin University,17,线圈直径优化,线圈直径优化： 线圈直径受到实际分布和实际制作工艺的限制，其在可允许范围内变化时带来的影响是有限的； 而且线圈半径

7、和线圈到管道中心距离是相互影响的。,rpi*R/N,Tianjin University,18,线圈形状的对比,线圈形状： 线圈形状并不会影响灵敏度矩阵的特征值谱线，不会改变灵敏度矩阵的特性； 但电导率灵敏度矩阵与磁导率灵敏度矩阵会存在微小差异。,Tianjin University,19,涡流场计算的物理模型,Tianjin University,20,涡流场计算（原始状态）,涡流场特点一： 涡流只存在于导体内部， 靠近线圈的部分涡流强。,Tianjin University,21,涡流场计算（小激励线圈）,原始状态 线圈中心坐标（0.5，0，-0.1） 线圈半径R=0.8,小线圈激励 线圈

8、中心坐标（0.5，0，-0.1） 线圈半径R=0.2,涡流场特点二： 涡流场强弱与线圈大小有关。,Tianjin University,22,涡流场计算（远距离激励）,原始状态 线圈中心坐标（0.5，0，-0.1） 线圈半径R=0.8,远距离激励 线圈中心坐标（0.5，0，-1） 线圈半径R=0.8,涡流场特点三： 涡流场强弱与线圈放置距离有关。,Tianjin University,23,涡流场计算（线圈位置旋转）,Tianjin University,24,涡流场计算（线圈立放）,原始状态,线圈立放,涡流场特点五： 线圈轴线垂直于导体放置时，能在导体内产生更强的涡流。,Tianjin University,25,其他方面情况,发表的论文情况： Wang Ben, Xu Kai, Wuliang Yin. Analysis of digital demodulation in MIT. The 6th World Congress on Industrial Process Tomography, beijing, China. (已接收) 翻译： 1、磁感应层析成像一般三维涡流问题的数值解 （Numer