一种用于确定三维目标体积(2)中的质量流的电导率的方法，包括步骤：将电极(3)布置成与目标体积形成测量连接；供应交变电压或交变电流到所述电极(3)其中两个之间的目标体积并且测量所述电极(3)其中两个之间的电流或电压；确定状态空间模型，该状态空间模型定义目标体积(2)中的电导率、电压和电流之间的关系并且还定义电导率的演化与时间的函数；将根据该状态空间模型的电流和/或电压与供应的和测量的电流和/或电压比较；以及根据需要调整该状态空间模型以减小计算的和测量的结果之间的差异。根据本发明专利技术，电极(3)基本上置于一个平面(4)内；以及状态空间模型被确定从而包括目标体积(2)中的质量流的时间相关的流场。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及借助阻抗断层成像对目标体积成像。特别地，本专利技术侧重于确定三维目标体积中质量流的电导率分布。
技术介绍
在例如采矿、食物加工或者造纸工业的不同类型过程中存在许多这样的情形，其中需要研究在管道或某些容器中的质量流的内部属性。研究的对象可以是例如液体中气泡的数目和类别或者供应到流中的附加物质的混合。用于流属性的所述研究的一种游泳技术是阻抗断层成像或阻抗光谱断层成像。措词断层成像通常涉及横截面成像。阻抗断层成像通常是指借助布置在目标表面上或者目标内的电极进行的电学测量，以及基于所述测量的目标的电导率分布的确定。作为阻抗断层成像的结果而确定的电导率的区域变化指示流动质量的品质的变化并且因此可以给出例如关于气泡或者质量的其它不均匀性的信息。在典型测量中，电流或电压被供应在两个具体电极之间，并且这些或某些其它(多)对电极之间的电压或电流相应地被测量。当然，可以同时使用若干对的供应以及测量电极。阻抗断层成像就其基本形式而言通常是指在单个频率进行的测量。当阻抗测量通常在指定频率范围上的若干频率执行时，通常使用的术语是阻抗光谱学。本专利技术涉及这样的技术，其中的目的是产生重构，即频率范围上的断层成像图像。此技术经常称为电阻抗光谱断层成像EIST。在此文献中，表述阻抗断层成像用于涵盖在其传统含义中以及EIST中的阻抗断层成像。如上所述，在阻抗断层成像中，基于测量结果计算目标的电导率的估计值与位置的函数。因而，讨论中的问题为一个逆问题，其中测量的观测值，即电压或电流，被用于确定实际情形，即造成该观测值的电导率分布。计算是基于一数学模型，该数学模型确定注入的电流(或电压)、目标的电导率分布以及电极上的电压(或电流)之间的关系。根据模型的电压和电流与供应的和测量的电流和/或电压比较，并且通过调节模型的参数直至获得期望精度从而最小化它们之间的差异。在确定管道中的质量流的属性中使用的传统传感器配置包括在管的内表面上对称地布置成电极环的电极。在此传统配置中，电极环位于垂直于流方向的平面内。此种类型的传感器布置使得能够形成质量流的近似的二维截面图像。为了产生对应于三维目标体积中质量流的电导率分布的三维图像，包括沿着管道的若干顺序电极环的布置是已知的。当然，同样地对于布置在一个平面内的电极情形，电压和电流分布在某些程度上也延伸到此平面外部，但是例如该平面外部的气泡造成电压和电流场中的偏差，该偏差不依赖于气泡位于其上的该平面的实际侧面。因而，测量不产生关于气泡实际上在电极平面的哪个侧面上的信息。当沿着流方向的方向也被包括在测量几何中时，测量还给出关于在此方向上的电导率分布的信息。然而，若干电极环使得测量传感器相 当复杂并且使其尺寸增大。更大数量的电极当然也增大传感器的成本。另外，下述解决方案是已知的，其中除了静止情形之外，电导率分布与时间的函数被确定。在这种情况下，基于模型和测量重构电导率分布则是动态反演的问题。如此生成的时变的电导率分布可以用于研究例如气泡或某些附加材料在流中的漂移。在动态反演中，质量流的运动也被包括在形成计算基础的电导率模型中。管道中的质量流的运动可以例如借助合适流模型与对流扩散模型组合来建模。在质量流中涉及的动力学也可以通过某些简单的时间序列分析模型以更直截了当的方式来描述。在现有技术解决方案的三维动态反演情形中也使用了包括若干顺序电极环的上述传感器配置。计算是基于电导率的状态空间模型，待检查的状态为目标提及中的电导率。计算方法为所谓状态估计，其原理例如在自动控制工程领域中是公知的。替代确定仅仅一个静止状态，在状态估计技术中还基于先前(多个)状态估计后续状态。对于阻抗断层成像的情形，除了包括电压/电流/电导率分布的观测模型之外，状态空间模型也包括描述电导率如何作为时间的函数而变化的所谓演化模型。 类似于通常的反演问题，在状态估计中，也将根据观测和演化模型的情形与供应的和测量的情形比较，并且根据需要调节状态空间模型以最小化建模的结果和实际，即供应的和测量的值之间的差异。进行所述计算的若干可替换实际水平的方法是已知的。利用动态反演状态估计的解决方案的实例更详细地描述于例如下面列出的参考文献[1]_[4][ I ] A. Seppanen, M. Vauhkonen，P. J. Vauhkonen，E. Somersalo，J. P. Kaipio: State estimation with fluid dynamical evolution models in processtomography—An application with impedance tomography ， Inverse ProbIemsI7 467-483，2001o[ 2 ] A. Seppanen, M. Vauhkonen，P. J. Vauhkonen，E. Somersalo，J. P.Kaipio : Fluid dynamical models and state estimation in processtomography Effect due to inaccuracies in flow fields , J. Electr.Imag. ,10(3)；630-640，2001。[3]A. Seppanen, L.Heikkinen，T. Savolainen，A. Voutilainen，E. Somersalo,J.P. Kaipio An experimental evaluation of state estimation with fluiddynamical models in process tomography ， Chemical Engineering Journal，127 23-30，2007。[4] A. Seppanen, M. Vauhkonen , P. J. Vauhkonen , A. Voutilainen,J. P. Kaipio State estimation in three dimensional impedance imaging—Use offluid dynamical evolution models , International Journal for Numerical Methodsin Engineering，73 :1651_1670，2008。
技术实现思路
根据本专利技术的方法、设备和计算机程序相应地由权利要求1、7和13中描述的方案来表征。本专利技术的方法是一种用于确定三维目标体积中的质量流的电导率，即所述体积中的三维电导率分布的方法。质量流可以由任何液体材料组成，该液体材料有可能也含有固体和/或气体物质。术语流在此处应宽泛地理解。在最典型应用中，质量连续地流过管道中的目标体积。然而，当也可以想到不存在实际穿流，而该流可以包括例如在容器周围的圆形运动时，目标体积也可以位于容器中。本专利技术的应用的实例为在例如采矿、食物加工或者造纸工业中的不同类型的过程。该方法包括下述步骤收集通过供应交变电压或交变电流到目标体积而生成的电流或电压值并且相应地测量由此在目标体积中感应的电流或电压；提供状态空间模型，该状态空间模型定义目标体积中的电导率、本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.09.29 FI 200959941.一种用于确定三维目标体积(2)中的质量流的电导率的方法，该方法包括下述步骤 收集通过供应交变电压或交变电流到目标体积而生成的电流或电压值并且相应地测量由此在目标体积中感应的电流或电压； 提供状态空间模型，该状态空间模型定义目标体积(2)中的电导率、电压和电流之间的关系并且定义电导率的演化与时间的函数； 将根据该状态空间模型的电流和/或电压与供应的和测量的电流和/或电压比较；根据需要调整该状态空间模型以减小计算的和测量的结果之间的差异，直至获得预定一致性；以及 根据调整的状态空间模型确定目标体积中的质量流的电导率， 其特征在于 收集的电流或电压值被选择为由基本上在一个平面(4)内执行的测量的结果组成；以及 状态空间模型被提供为以便包括目标体积(2)中的质量流的时间相关的流场。2.根据权利要求I的方法，其特征在于在该状态空间模型中借助对流扩散模型电导率的演化与时间的函数。3.根据权利要求I或2的方法，其特征在于对于将根据状态空间模型的电流和/或电压与供应的和测量的电流和/或电压比较以及根据需要调整该状态空间模型的步骤，生成一数据集，该数据集相应地包括目标体积(2)中根据状态空间模型的电流和/或电压值。4.根据权利要求I至3中任意一项的方法，其特征在于收集电流或电压值的步骤包括使用与目标体积形成测量连接的多个电极(3)，所述电极基本上置于一个平面内；供应交变电压或交变电流到所述电极(3)其中两个之间的目标体积；以及相应地测量所述电极(3)其中两个之间的电流或电压。5.根据权利要求4的方法，其特征在于所述电极(3)被布置为以便将它们确定的平面(4)设置为基本上垂直于目标体积(2)中的质量流的平均传播方向。6.根据权利要求4或5的方法，其特征在于所述电极(3)被布置为围绕目标体积(2)的环形配置。7.一种用于确定三维目标体积(2)中的质量流的电导率的设备(1)，该设备包括 收集装置(3，5，6)，其用于收集通过供应交变电压或交...
【专利技术属性】
技术研发人员：扎里·凯皮奥，安斯·莱希科伊宁，阿托·沃欧迪莱依恩，马尔科·瓦乌赫科宁，
申请(专利权)人：奥图泰公司，
类型：发明
国别省市：
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