[发明专利]一种用于检测管道中两相流的图像重建方法

说明书

本发明公开了一种用于检测管道中两相流的图像重建方法，具体包含下列步骤：(1)构建电容耦合电阻层析成像传感器模型；(2)根据获得的边界测量数据，计算出雅可比矩阵S；(3)提出用于检测管道中两相流的图像重建方法的目标函数；(4)引入1个辅助变量z，将优化模型的无约束问题转化为约束问题，写出目标函数的最小化增广拉格朗日函数；(5)求解目标函数的算法，包括设置初始化参数，更新辅助变量z，求解g_k+1子问题；(6)根据求解出的最优灰度值完成图像的重建。本发明提出了一种用于检测管道中两相流的图像重建方法，实时性高，成像质量显著提高，背景清晰，抗噪性能好。

技术领域

本发明属于电学层析成像技术领域，具体涉及一种用于检测管道中两相流的图像重建方法。

背景技术

由于两相流系统在电力、化工、石油、火力发电和航空航天领域等广泛使用，两相流流型辨识也成为两相流在线监测的基础，是两相流测量的重要研究方向。气液两相流多出现在石油、化工传输过程中。如水在容器里的沸腾、空气升力泵装置等。气液两相流的发展是出现于20世纪30年代，到了40年代，由于化工中遇到很多多相流的问题，科学家做了一些有关化工的多相流研究。到了50年代，由于核工业和宇航工业的发展，科学家进行了大量的两相流的研究。1961年，Charles研究了水平管油水两相流的流动，研究表明油水对壁面的湿性的不同直接影响对流型的变化。1963年，Hewitt搭建了两相流环状流试验台。1973年，Delhaye对两相流的基本方程进行了研究。1989年，Ariachakaran进行了水平管的油水两相流实验。观测到了层状流、环状流和分散流等。他通过实验认为影响流型不同因素为油水的速度和油水的体积比。1997年，Flores对垂直管油水两相流进行了研究。提出了流型转化模型。对分散泡流和泡沫流的转变进行了研究。1997年，Hewitt认为气液两相流和液液两相流都存在分层。弹状流和环状流在气液两相流中是很常见的流型，但在液液两相流中很少见。因为两相流很复杂，所以对它的测量有很大的难度。但是两相流又广泛的存在于我们的生活中，存在于我们工业的很多部门里，二十世纪八十年代，过程层析成像技术得到应用。它具有非侵入的特点，并可以连续的提供两相流的二维可视化信息。它采用传感器空间阵列，获取被测物体的流场信息，运用图像重建算法可以再现两相流体在管道内部的某一横截面上的分布状况，从而得到两相流中离散相浓度分布，并得到两相流的变化规律，通过对实验数据进行分析可提取两相流体的特征参数。电阻层析成像技术，是电学层析成像技术的一个重要分支，它基于两相流各介质间电导率的不同，通过测量电阻率分布获得多相介质分布，从而实现两相流参数检测。电阻层析成像技术运用传感器电极阵列形成旋转的空间敏感场，从不同角度进行扫描，从而获得被测物场的电导率分布信息，并采用一定的图像重建算法，重建出被测物场的二维或三维介质分布图像。电阻层析成像技术具有成本低、结构简单、响应速度快、鲁棒性好、实用范围广等特点，具有广阔的工业应用前景，是目前两相流参数检测技术研究的热点之一。随着电阻层析成像技术的发展，出现了电容耦合电阻层析成像技术(CCERT)，同样具有无辐射、无侵入、低成本、快速响应和结构简单等优点。与其它电学层析成像技术相比，电容耦合电阻层析成像技术通过在电极和导电液体之间插入绝缘层来避免接触误差，避免了电极的电化学腐蚀效应和极化效应，降低了维护成本。由于图像重建算法的精度及速度是制约电学成像应用的重要因素，本发明提出了一种用于检测管道中两相流的图像重建方法，实时性高，成像质量显著提高，背景清晰，抗噪性能好。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种用于检测管道中两相流的图像重建方法，实时性高，成像质量显著提高，背景清晰，抗噪性能好，相比于传统的图像重建算法，本发明的用于检测管道中两相流的图像重建方法分辨率更高，背景更清晰，鲁棒性更好。