基于ECT模型修正及算法优化的超音速分离流场图像重建

作     者：王世伟 王超 郭琪 丁红兵 WANG Shiwei;WANG Chao;GUO Qi;DING Hongbing

作者机构：天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072 淮南师范学院机械与电气工程学院安徽淮南232038 天津市特种设备监督检验技术研究院国家市场监管重点实验室(特种设备数字孪生共性技术)天津300192 

出 版 物：《化工进展》 (Chemical Industry and Engineering Progress)

年 卷 期：2024年第43卷第8期

页      面：4222-4229页

核心收录：

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：安徽省科研编制计划(2023AH051556) 国家自然科学基金(52276159,51876143) 

主　　题：超音速分离器 电容层析成像 模型推导误差 正则化与SplitBregman 交叉迭代 

摘      要：超音速分离器内流场参数的准确测量对其结构与性能优化至关重要,电容层析成像(electrical capacitance tomography,ECT)能够实现非侵入式参数测量,其逆问题求解的数学模型主要通过线性化近似得到,忽略了非线性、“软场效应等对结果的影响,使得当场域内介质分布的介电常数差异较大时,图像重建质量不高。针对上述问题,本文通过引入模型推导误差对ECT逆问题数学模型修正,在此基础上,根据目标函数的可分离特性,设计结合正则化与Split Bregman(RASB)的求解算法,分别对模型误差和待重构介质进行交叉迭代求解。最后通过仿真和实验手段对比分析了RASB算法、Tikhonov正则化算法、L1正则化算法和Landweber算法重建图像效果,结果表明所提算法RASB可以减小线性化近似产生的误差,削弱噪声对图像重建结果的影响,重构的介质分布更加准确,图像中伪影更少。RASB算法对几种模型重建图像的平均相关系数为0.8964,高于Tikhonov正则化算法的0.8353、L1正则化算法的0.8496和Landweber算法的0.8681。