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EMT系統(tǒng)邊界磁場(chǎng)檢測(cè)線圈的動(dòng)態(tài)補(bǔ)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(cè)線圈的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法，實(shí)現(xiàn)了被測(cè)空間邊界磁場(chǎng)檢測(cè)的系統(tǒng)誤差補(bǔ)償。經(jīng)過(guò)EMT系統(tǒng)的圖像重建實(shí)驗(yàn)證明，這種補(bǔ)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(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型過(guò)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(guò)檢測(cè)被測(cè)空間邊界的磁場(chǎng)信息重建空間中導(dǎo)電、導(dǎo)磁物質(zhì)的時(shí)空分布圖像，而且其傳感器具有非介入、非接觸和無(wú)危害的檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)，因此可應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程中多相流檢測(cè)[2]、化工分離、異物監(jiān)測(cè)、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(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和測(cè)量的一致性。在檢測(cè)系統(tǒng)的傳感器設(shè)計(jì)中，檢測(cè)邊界磁場(chǎng)的多個(gè)檢測(cè)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(duì)圖像重建造成的影響，作者設(shè)計(jì)了一種動(dòng)態(tài)補(bǔ)償算法，通過(guò)在多個(gè)激勵(lì)方向下對(duì)檢測(cè)線圈做綜合補(bǔ)償，提高了圖像重建的精神性。
1 EMT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及檢測(cè)特點(diǎn)
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(cè)管道的中心分布有多相流動(dòng)物質(zhì)，系統(tǒng)的檢測(cè)目的是通過(guò)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(jì)算機(jī)上得以重建，進(jìn)而分析出多相流體的各種特征參數(shù)，并應(yīng)用于測(cè)控系統(tǒng)中。這實(shí)現(xiàn)這一目的，由計(jì)算機(jī)控制圖1所示的激勵(lì)模式選擇和激勵(lì)信號(hào)分配系統(tǒng)，由激勵(lì)系統(tǒng)在被測(cè)管道中激發(fā)出特定的激勵(lì)場(chǎng)；然后與醫(yī)學(xué)CT類似，使激勵(lì)場(chǎng)在空間連續(xù)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的同時(shí)檢測(cè)邊界磁場(chǎng)的畸變情況，并由數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)信號(hào)的解調(diào)；最后應(yīng)用圖像重建算法重建出被測(cè)空間的物質(zhì)分布。
作者用柔性激勵(lì)極板陣列實(shí)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(cè)線圈、激勵(lì)層和屏蔽層。其中，檢測(cè)線圈由8個(gè)沿管道外壁待距離分布的精密繞組構(gòu)成，完成邊界磁場(chǎng)的測(cè)量；激勵(lì)層由柔性激勵(lì)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(hào)處理電中實(shí)現(xiàn)各個(gè)激勵(lì)角度條件下的邊界磁場(chǎng)測(cè)量，激勵(lì)和檢測(cè)由圖像重建計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)控制，同時(shí)該計(jì)算機(jī)完成圖像重建和多相流特征參數(shù)的提取。激勵(lì)極板陣列由32個(gè)均勻分布的柔性極板構(gòu)成，通過(guò)改變極板的電流分布可實(shí)現(xiàn)不同的激勵(lì)方式。其中，管道半徑Rp=35mm，檢測(cè)線圈半徑Rd=38.42mm，激勵(lì)線圈半徑Re=55mm，磁屏蔽層內(nèi)半徑Rsin=60mm，被測(cè)管道直徑為70mm。
對(duì)于這一傳感器結(jié)構(gòu)，需要補(bǔ)償?shù)木褪菣z測(cè)層的8個(gè)檢測(cè)線圈特
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