一种新型拓扑结构的电阻层析成像有限元仿真模型制造技术

本实用新型专利技术涉及一种新型拓扑结构的电阻层析成像有限元仿真模型，属于检测领域。为了提高电阻层析成像正问题计算精度与图像重建质量，针对目前广泛采用的16电极相邻激励模式以及三角形有限元划分方法，建立一种新型拓扑结构的电阻层析成像有限元仿真模型。此模型内部区域采取非均匀分布形式，外部区域模拟敏感场均匀分布时电流线的分布形式与分布密度。优点：相同实验条件下，与传统等间隔均匀分布形式的有限元模型及其改进模型相比，此模型提高了电阻层析成像正问题计算精度与图像重建质量。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术主要涉及一种新型拓扑结构的电阻层析成像有限元仿真模型，用于断层层析成像测量，特别是管道内两相流的层析成像，属于检测领域。
技术介绍
电阻层析成像技术作为一种高新检测技术，在两相流领域存在潜在应用前景。在电阻层析成像技术中，有限元模型拓扑结构对正问题计算精度与图像重建质量具有重要影响。图2为传统的按等间隔原理剖分的有限元模型，目前已有研究学者通过仿真实验验证了其不合理性，并提出了不同的改进模型图3有限元模型中除次最外层与最外层间的区域外，其余区域模拟敏感场均匀分布时电流线的分布密度与分布形式，但实际上电流密度在激励电极之间最高，其他区域以距离的函数向外迅速衰减，且次最外层半径需人为设置，缺乏理论依据，具有一定的主观性与随机性；图4有限元模型以敏感场均匀分布时模型均方根值的倒数为适应度函数，并引入三角形最长边与最短边的比值作为惩罚函数，利用智能算法优化模型拓扑结构，但没有考虑到电流线的分布形式；图5为细化后有限元模型，虽然提高了正问题计算精度，但由于细化有限元加大了正问题求解的计算量，难以满足实际系统的实时性要求。
技术实现思路
本技术的目的提供一种新型拓扑结构的电阻层析成像有限元仿真模型，解决传统按等间隔原理剖分的有限元模型及其改进模型正问题计算精度与图像重建精度低的问题。本技术目的是这样实现的该模型由内部区域和外部区域组成，其中，内部区域有5层即第I层至第5层，外部区域有3层即第6层至第8层；内部区域采取非均匀分布形式，外部区域模拟敏感场均匀分布时电流线的分布形式与分布密度。所述的内部区域的第I层至第5层的特征在于，各层半径与模型半径比值分别为O.24478694,0. 44920644,0. 61988740,0. 76146701,0. 87313088 ；所述的外部区域的第6层至第8层的特征在于，各层半径与模型半径比值分别为O.93901950,0. 97777654、I. 00000000 ；所述的有限元仿真模型的特征还在于，除模型中心节点外，第I层至第8层各层包含的节点数分别为8、16、32、48、64、80、96、192，第I层各相邻2节点与模型中心节点依次相连组成I个有限元；第I层至第7层每层I个节点与其外层距离最近3个节点依次相连组成2个有限元；第I层至第7层每层相邻2个节点与其外层距离最近I个节点依次相连组成I个有限元。有益效果通过采取将有限元模型分成非均匀分布形式的内部区域及模拟敏感场均匀分布时电流线的分布形式与分布密度的外部区域的方法，解决了使有限元模型拓扑结构符合敏感场均匀分布时电流密度的特点(在激励电极之间最高，其他区域以距离的函数向外迅速衰减)的技术问题，达到了本专利技术的目的。本技术优点在于I、相同实验条件下，本技术提出的新型拓扑结构的有限元仿真模型与传统按等间隔原理剖分的有限元模型及其改进模型，敏感场均匀分布(即空场)时模型均方根值分别为 I. 1408%,7. 2045%、I. 4934%、I. 4428%。2、相同实验条件下(图像重建算法选取标准牛顿-拉夫逊算法)，相比传统按等间隔原理剖分的有限元模型及其改进模型，本技术提出的新型拓扑结构的有限元仿真模型重建图像的相对图像误差平均值分别降低了 33. 2700%、IL 0379%,6. 0876%。附图说明图I为本技术提出的新型拓扑结构的有限元仿真模型；图2为传统按等间隔原理剖分的有限元模型示意图；图3为改进模型a示意图；图4为改进模型b示意图；图5为细化后有限元模型示意图；图6为敏感场均匀分布(即空场)时各个模型均方根值示意图；图7为敏感场内电流线分布示意图；图8为设置的四种典型流型示意图；图9为传统按等间隔原理剖分的有限元模型重建图像示意图；图10为改进I旲型a重建图像不意图；图11为改进模型b重建图像示意图；图12为本技术提出的新型拓扑结构的有限元模型重建图像示意图；图中1、内部区域；2、外部区域；3、内部区域与外部区域分界线。具体实施方式该模型由内部区域和外部区域组成，其中，内部区域有5层即第I层至第5层，夕卜部区域有3层即第6层至第8层；内部区域采取非均匀分布形式，外部区域模拟敏感场均匀分布时电流线的分布形式与分布密度。所述的内部区域的第I层至第5层的特征在于，各层半径与模型半径比值分别为O.24478694,0. 44920644,0. 61988740,0. 76146701,0. 87313088 ；所述的外部区域的第6层至第8层的特征在于，各层半径与模型半径比值分别为O.93901950,0. 97777654、I. 00000000 ；所述的有限元仿真模型的特征还在于，除模型中心节点外，第I层至第8层各层包含的节点数分别为8、16、32、48、64、80、96、192，第I层各相邻2节点与模型中心节点依次相连组成I个有限元；第I层至第7层每层I个节点与其外层距离最近3个节点依次相连组成2个有限元；第I层至第7层每层相邻2个节点与其外层距离最近I个节点依次相连组成I个有限元。工作原理首先生成一初始有限元模型，此模型包含8层、537个节点、880个三角形有限元，模型除中心节点外，第I层至第8层各层包含的节点数分别为8、16、32、48、64、80、96、192，模型第I层各相邻2节点与模型中心节点依次相连组成I个有限元，模型第I层至第7层每层I个节点与其外层距离最近3个节点依次相连组成2个有限元，模型第I层至第7层每层相邻2个节点与其外层距离最近I个节点依次相连组成I个有限元；再以有限元模型外部区域的起始层数、模型各层半径与模型半径的比值为变量，以敏感场均匀分布时模型均方根值的倒数为适应度函数，并引入三角形最长边与最短边的比值作为惩罚函数，利用遗传算法优化有限元模型，使模型内部区域采取非均匀分布形式，外部区域模拟敏感场均匀分布时电流线的分布形式与分布密度，遗传算法适应度函数表达式为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型拓扑结构的电阻层析成像有限元仿真模型，其特征是：该模型由内部区域和外部区域组成，其中，内部区域有5层即第1层至第5层，外部区域有3层即第6层至第8层；内部区域采取非均匀分布形式，外部区域模拟敏感场均匀分布时电流线的分布形式与分布密度。

【技术特征摘要】
1.一种新型拓扑结构的电阻层析成像有限元仿真模型，其特征是该模型由内部区域和外部区域组成，其中，内部区域有5层即第I层至第5层，外部区域有3层即第6层至第8层；内部区域采取非均匀分布形式，外部区域模拟敏感场均匀分布时电流线的分布形式与分布密度。2.根据权利要求I所述的一种新型拓扑结构的电阻层析成像有限元仿真模型，其特征是所述的内部区域的第I层至第5层的半径与模型半径比值分别为0. 24478694、O. 44920644,0. 61988740,0. 76146701,0. 87313088 ;所述的外部区域的第 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖理庆，徐晓菊，席建中，韩成春，
申请(专利权)人：徐州工程学院，
类型：实用新型
国别省市：