[发明专利]融合微波成像的电容层析成像方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及电容层析成像领域，尤其涉及一种融合微波层析成像信息的电容层析成像方法，以及实现上述成像方法的装置。

背景技术

复杂气固流动体系广泛存在于能源、制药、食品处理以及其它化工领域，如循环流化床提升管、返料器中的气固流动，制药工业的包衣、造粒、干燥过程等。复杂气固流动系统的实时监控对安全生产、过程优化意义重大。电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography，ECT)是一种实时的可视化电学层析成像技术，能够获取待成像区域横截面的气固两相聚集信息，可以实现对流化床提升管、返料器中流动过程中气固浓度的实时监测，广泛应用于复杂气固流动体系的检测。电容层析成像具有诸多优点：结构简单、非侵入和非接触、无辐射、成像速度快、耐高温高压、低成本等。

图像重构是电容层析成像过程的关键步骤，也称之为反问题，ECT反问题的求解算法可分为迭代算法和非迭代算法。常规迭代算法由于初始值设置为零向量，该初始值和真实介电常数分布差异较大，会导致收敛速度慢(迭代次数增加)甚至不收敛(陷入局部极值)。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电容层析成像方法和装置，以解决以上所述的至少一项技术问题。

(二)技术方案

根据本发明的一方面，提供一种融合微波成像的电容层析成像方法，包括：

S1：采集待成像区域内所测量的电容数据和微波成像数据；

S2：根据图像重构的迭代算法和所述电容数据，获取待成像区域被测物质的介电常数分布，其中，所述迭代算法中以所述微波成像数据转换的介电常数分布作为初始迭代值。

进一步的，步骤S1中，通过所述电容层析成像传感器采集电容数据，以及通过微波层析成像传感器采集微波成像数据。

进一步的，步骤S1中，所述电容数据测量方式为：通过在待成像区域周围布置多个电极，测量不同电极对之间的电容值。

进一步的，步骤S1中，所述微波成像数据测量方式为：通过在待成像区域周围布置多个微波天线，测量微波信号与被测物质相互作用后形成的散射波的振幅和相位。

进一步的，所述步骤S2包括子步骤：

S21：获取电容层析成像系统的泊松方程；

S22：求解泊松方程获得待成像区域的电势分布；

S23：根据电势分布计算敏感场分布；

S24：根据微波成像数据转换为对应的介电常数分布，作为初始值；

S25：利用所述敏感场分布和初始值以及获得的电容数据，通过迭代算法进行图像重构。

根据本发明的另一方面，提供一种融合微波成像的电容层析成像装置，包括：

电容层析成像传感器，包括多个电极，所述电极阵列式分布于待成像区域的周围，用于测量待成像区域的电容数据；

微波层析成像传感器，包括多个微波天线，所述微波天线阵列式分布于待成像区域的周围，用于测量待成像区域的微波成像数据；

处理器，耦接至所述电容层析成像传感器和微波层析成像传感器，获取所述电容数据和微波成像数据，利用图像重构的迭代算法获取待成像区域被测物质的介电常数分布，其中所述迭代算法中以所述微波成像数据转换的介电常数分布作为初始迭代值。

进一步的，所述微波层析成像传感器包括：

微波天线，用于发射微波和接收散射微波；

微波检测器，检测接收的散射微波的振幅和相位。

进一步的，所述待成像区域的截面为矩形或者圆形。

(三)有益效果

通过上述技术方案可知，本发明技术方案的有益效果在于：

(1)通过提出一种融合微波成像的电容层析成像迭代算法。通过进行迭代时用到的初始值更接近真实介电常数分布，故可以得到全局最优值，避免了局部极值的出现，提高了图像质量。

(2)发明的迭代算法减少了迭代次数，提高了成像速度；故该算法可以实际应用于循环流化床和包衣等过程，可以实时获得更精确的气固浓度分布图像，实现对上述过程的更有效的监控。

附图说明

图1是常规的电容层析成像方法过程示意图。

图2是本发明实施例的融合微波成像的电容层析成像方法流程图；

图3是发明实施例的融合微波成像的电容层析成像方法过程示意图；

图4是本发明实施例的一种电容层析成像传感器结构示意图；

图5是本发明实施例的另一种电容层析成像传感器示意图；