电阻层析成像系统的构建设计。

简介：
摘要电阻层析成像（ERT）技术作为近年来涌现的一种先进过程层析成像（PT）技术，依托于电阻传感原理，特别适用于那些以导电性介质作为连续相的两相流工业流程。该技术能够提供封闭管道或过程容器内部多相组分物质的详细二维/三维可视化数据，并且其具备诸多显著优势，例如无需侵入、响应速度迅速、成本相对较低、安全性高以及应用范围广泛。鉴于我校目前对电阻层析成像技术的研究仍处于探索性阶段，我们首先对该技术的最新研究进展、关键技术特点以及相关的数学物理模型进行了全面总结与分析。在此基础上，我们基于MATLAB开发了一个电阻层析成像仿真软件包。该软件包能够运用有限元方法（FEM）精确地解决ERT的正向问题；同时，它实现了利用线性反投影算法以及修正的牛顿-拉夫逊类算法等反向问题算法进行图像重建，并对反向问题中电极数量、正则化因子、初始迭代值和噪声的影响进行了深入研究和探讨。此外，我们还提出了相关系数与方差作为评估重建图像质量的量化指标，从而实现了重建图像优劣的数值比较。更进一步地，通过将遗传算法和粒子群优化算法这两种人工智能优化算法整合到图像重建算法中，显著提升了两相流重建算法的收敛速度和整体精度。