[发明专利]一种基于磁阻传感器的磁导率电磁层析成像方法

说明书

技术领域

本发明属于流态化技术的多相流体成像领域，特别涉及磁导率电学层析成像方法。

背景技术

流态化技术具有非常高的传热和传质效率与大量处理颗粒的能力，现已广泛应用于固体燃料的燃烧、煤炭的气化与焦化、固体物料的输送、化工生产中的气、固相催化反应、物料干燥、加热与冷却、石油裂解、冶金、环保等领域，而且其应用领域还在不断扩大。

多相流化过程多相识别至关重要，尤其是固相催化剂的识别与分布状态的监控可有效避免大泡、腾涌与沟流等异常流化状态，提高生产效率，指导流化床的设计、工业放大和优化。固相含率的提高有利于提高反应器的体积利用率，从而提高反应速率和产物浓度，同时也会存在局部颗粒堆积等情况，电导探针、皮托管、光纤探针、超声探头等传统测量方法都不能正常工作或极易损坏。

在常规气液固三相流化床中，气相一般为空气、氢气等，液相为水或油，固相为催化剂。气相、液相一般不具有磁导率，而催化剂本身带有高磁导率或可通过改性的方式使其带有高磁导率，磁导率上固相显著区别于气液两相。对磁导率敏感的电磁层析成像技术(Electromagnetic Tomography，简称EMT)具有无辐射，可适应不透明管壁和流体的特点可实现固相催化剂的相识别与分布测量，且其时间分辨率可达毫秒级，完全满足流化床在较高表观气相和液相速度条件下的测量要求。

传统EMT使用的是线圈激励线圈检测方式，测量线圈灵敏度与频率成正比，而提高频率，又会限制该技术在大尺度流化床上的应用。同时由于线圈的尺寸不易设计的很小，这就限制了激励检测线圈的个数与检测精度。

传统EMT主要基于涡流原理，通过线圈的感应电流(二次场信息)获得电导率的分布，进而实现的相的区分，二次场场强相对较弱，使得EMT检测精度受到严重限制，为了提高线圈的感应电流，需要提高激励磁场的幅值和频率，为激励电路带来严重考验与成本消耗。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术上的不足，提供一种灵敏度高、可靠性好、测量范围宽的多相流体系中磁导率物质相识别与相分布检测成像装置。本发明采取的技术方案为：

一种基于磁阻传感器的磁导率电磁层析成像方法，用于对位于柱形物场区域的多相流体系中磁导率物质相识别与相分布检测，所采用的成像系统包括传感器、通信模块、控制模块、信号调理与采集单元、激励信号产生与功率放大、多通道选通开关和上位机，其特征在于，

所采用的传感器为电磁成像传感器，包括M个激励线圈、N对磁阻传感器和电磁屏蔽层，激励线圈和磁阻传感器均放置于电磁屏蔽层内部；每个激励线圈有单独的激励通道；激励线圈排布在柱形物场区域外的同一个截面上；各对磁阻传感器也排布在此同一个截面上，激励线圈与磁阻传感器排布在不同的圆周上，且每对磁阻传感器均位于某个激励线圈内部；每对磁阻传感器能检测物场径向和切向的磁场大小；

在控制模块的控制下，激励信号产生与功率放大单元产生不同幅值不同频率的激励信号，通过多通道选通开关接通到指定的激励线圈上，磁阻传感器所输出的信号通过选通开关经过信号调理与采集单元送入控制模块；控制模块进行解调后通过通信模块传递到上位机；测量方法如下：

(1)采用对称增强循环激励策略，M为偶数，且激励线圈均匀对称放置，每次分别对处于对称位置的两个激励线圈施加相同交变电流，且两激励线圈产生的磁场方向相同，依次扫描各磁阻传感器的输出信号，直至完成全部测量，通过径向与切向磁阻的矢量合成x+yi，最终得到其模值，组成测量值向量Ui＝P×1，其中P是独立测量数；

(2)利用所采集的数据得到灵敏度矩阵S＝Pi×Q，其中Q为像素点，激励线圈个数为M，接收的磁阻传感器个数为N对，独立测量数Pi为M×N；

(3)建立灵敏度矩阵线性化模型，并对其归一化，U＝Sg式中U是归一化测量值向量，S是灵敏度矩阵，g是表示物质磁导率相对变化的灰度值向量，即可由已知的U求解未知量g，但灵敏度矩阵S不是方阵，是病态矩阵，可利用S^T代替逆阵；构建目标函数g_μ＝(S^TS+μI)^-1S^TU，其中，I是单位矩阵，μ为正则化参数，(S^TS+μI)^-1S^T为正则化过程即敏感场的最优化重建矩阵，由各个像素上的灰度值进行成像。

附图说明

图1示电磁层析成像系统结构示意图