OCENA SYSTEMU ELEKTRYCZNEJ TOMOGRAFII POJEMNOŚCIOWEJ DO POMIARÓW Z WYKORZYSTANIEM SONDY 3D
Jacek Kryszyn
Politechnika Warszawska (Polska)
https://orcid.org/0000-0002-0042-0473
Damian Wanta
dwanta@ire.pw.edu.plPolitechnika Warszawska (Polska)
https://orcid.org/0000-0002-1596-6524
Waldemar T. Smolik
Politechnika Warszawska (Polska)
https://orcid.org/0000-0002-1524-5049
Abstrakt
Przedstawiono dalsze testy systemu akwizycji danych EVT4 do elektrycznej tomografii pojemnościowej. Modułowy system, który może mieć do 32 kanałów z indywidualnym przetwornikiem analogowo-cyfrowym, został zaprojektowany w celu zapewnienia małej niepewności pomiaru pojemności przy dużej prędkości obrazowania. Wydajność systemu w kontekście obrazowania 3D została zweryfikowana eksperymentalnie. W szczególności pokazujemy, że możliwy jest pomiar zmian pojemności wywoływanych niewielką zmianą rozkładu przenikalności elektrycznej dla najbardziej odległych elektrod odpowiednio zaprojektowanego czujnika 3D przy pomocy naszego systemu. Pomiary międzypłaszczyznowe wraz z pomiarami par elektrod najbardziej odległych są niezbędne do dokładnej rekonstrukcji rozkładów 3D. Ze względu na wrażliwość pomiarów pojemności uzyskanych w opracowanym urządzeniu, pomiary dla wszystkich par elektrod mogą być wykorzystane w problemie odwrotnym – układ równań może zostać rozszerzony. Chociaż współczynnik uwarunkowania numerycznego macierzy takiego układu jest wysoki, możliwa jest rekonstrukcja obrazu z wykorzystaniem danych uzyskiwanych w naszym systemie. Pokazane są wyniki rekonstrukcji obrazu 3D dla prostych obiektów testowych.
Słowa kluczowe:
elektryczna tomografia pojemnościowa, rekonstrukcja obrazów, pomiar pojemności, problem odwrotny, stabilność numerycznaBibliografia
Banasiak R., Wajman R., Betiuk J., Soleimani M.: Feasibility study of dielectric permittivity inspection using a 3D capacitance CT method. NDT & E International 42, 2009, 316–322.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2008.12.003
Google Scholar
Brzeski P., Mirkowski J., Olszewski T., Plaskowski A., Smolik W. T., Szabatin R.: Multichannel capacitance tomograph for dynamic process imaging. Optoelectronics Review 11(3), 2003, 175–180.
Google Scholar
Cui Z., Wang H., Chen Z., Xu Y., Yang W.: A high-performance digital system for electrical capacitance tomography. Measurement Science and Technology 22, 2011, 055503.
DOI: https://doi.org/10.1088/0957-0233/22/5/055503
Google Scholar
Dyakowski T., Jeanmeure L. F., Jaworski A. J.: Applications of electrical tomography for gas-solids and liquid-solids flows – a review. Powder Technology 112, 2000, 174–192.
DOI: https://doi.org/10.1016/S0032-5910(00)00292-8
Google Scholar
Fan Z., Gao R. X.: A new sensing method for Electrical Capacitance Tomography. IEEE Instrumentation & Measurement Technology Conference Proceedings, 2010, 48–53.
DOI: https://doi.org/10.1109/IMTC.2010.5488269
Google Scholar
Hansen P. C.: Regularization Tools version 4.0 for Matlab 7.3. Numerical Algorithms 46, 2007, 189–194.
DOI: https://doi.org/10.1007/s11075-007-9136-9
Google Scholar
Hu X., Katsouros M., Yang W., Huang S.: Further analysis of charge/discharge capacitance measurement circuit used with tomography sensors. Sensors and Transducers 80(6), 2007, 1246–1256.
Google Scholar
Huang S. M., Plaskowski A. B., Xie C. G., Beck M. S.: Capacitance-based tomographic flow imaging system. Electronics Letters 24(7), 1988, 418–419.
DOI: https://doi.org/10.1049/el:19880283
Google Scholar
Khan S., Manwaring P., Borsic A., Halter R. J.: FPGA-Based Voltage and Current Dual Drive System for High Frame Rate Electrical Impedance Tomography. IEEE Transactions on Medical Imaging 34, 2015, 888–901.
DOI: https://doi.org/10.1109/TMI.2014.2367315
Google Scholar
Kryszyn J., Smolik W. T., Radzik B., Olszewski T., Szabatin R.: Switchless charge-discharge circuit for electrical capacitance tomography. Measurement Science and Technology 25, 2014, 115009.
DOI: https://doi.org/10.1088/0957-0233/25/11/115009
Google Scholar
Kryszyn J., Smolik W. T., Szabatin R.: 3D image reconstruction in electrical capacitance tomography. 7th World Congress in Industrial Process Tomography, 2013, 411–419.
Google Scholar
Kryszyn J., Wanta D., Smolik W. T.: Gain Adjustment for Signal-to-Noise Ratio Improvement in Electrical Capacitance Tomography System EVT4. IEEE Sensors Journal 17(24), 2017, 8107–8116.
DOI: https://doi.org/10.1109/JSEN.2017.2744985
Google Scholar
Kryszyn J., Wróblewski P., Stosio M., Wanta D., Olszewski T., Smolik W. T.: Architecture of EVT4 data acquisition system for electrical capacitance tomography. Measurement 101, 2017, 28–39.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.measurement.2017.01.020
Google Scholar
Li Y., Holland D. J.: Fast and robust 3D electrical capacitance tomography. Measurement Science and Technology 24, 2013, 105406.
DOI: https://doi.org/10.1088/0957-0233/24/10/105406
Google Scholar
Li Y., Holland D. J.: Optimizing the geometry of three-dimensional electrical capacitance tomography sensors. IEEE Sensors Journal 15(3), 2015, 1567–1574.
DOI: https://doi.org/10.1109/JSEN.2014.2363901
Google Scholar
Liao A., Zhou Q., Zhang Y.: Application of 3D electrical capacitance tomography in probing anomalous blocks in water. Journal of Applied Geophysics 117, 2015, 91–103.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2015.03.030
Google Scholar
Lu D., Shao F., Guo Z.: A high voltage method for measuring low capacitance for tomography. Review of Scientific Instruments 80, 2009, 053704.
DOI: https://doi.org/10.1063/1.3136906
Google Scholar
Mao M., Ye J., Wang H., Zhang J., Yang W.: Evaluation of excitation strategy with multi-plane electrical capacitance tomography sensor. Measurement Science and Technology 27, 2016, 114008.
DOI: https://doi.org/10.1088/0957-0233/27/11/114008
Google Scholar
Marashdeh Q. M., Teixeira F. L., Fan L.-S.: Adaptive Electrical Capacitance Volume Tomography. IEEE Sensors Journal 14, 2014, 1253–1259.
DOI: https://doi.org/10.1109/JSEN.2013.2294533
Google Scholar
Nurge M. A.: Electrical capacitance volume tomography with high contrast dielectrics using a cuboid sensor geometry. Measurement Science and Technology 18, 2007, 1511–1520.
DOI: https://doi.org/10.1088/0957-0233/18/5/042
Google Scholar
Olszewski T., Brzeski P., Mirkowski J., Plaskowski A., Smolik W. T., Szabatin R.: Capacitance tomograph – Design and preliminary results. Proc. 2rd International Symposium on Process Tomography in Poland, 2002, 159–168.
Google Scholar
Rymarczyk T.: New methods to determine moisture areas by electrical impedance tomography. International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics 52(1-2), 2016, 79–87
DOI: https://doi.org/10.3233/JAE-162071
Google Scholar
Rymarczyk T., Kłosowski G., Kozłowski E.: A Non-Destructive System Based on Electrical Tomography and Machine Learning to Analyze the Moisture of Buildings. Sensors 18(7), 2018, 2285
DOI: https://doi.org/10.3390/s18072285
Google Scholar
Smolik W. T., Kryszyn J., Radzik B., Stosio M., Wróblewski P., Wanta D., Dańko Ł., Olszewski T., Szabatin R.: Single-shot high-voltage circuit for electrical capacitance tomography. Measurement Science and Technology 28, 2017, 025902.
DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6501/aa50e1
Google Scholar
Soleimani M., Wang H., Li Y., Yang W.: A comparative study of three dimensional electrical capacitance tomography. International Journal for Information & Systems Sciences 3(2), 2007, 292–306.
Google Scholar
Wajman R., Fiderek P., Fidos H., Jaworski T., Nowakowski J., Sankowski D., Banasiak R.: Metrological evaluation of a 3D electrical capacitance tomography measurement system for two-phase flow fraction determination. Measurement Science and Technology 24, 2013, 065302.
DOI: https://doi.org/10.1088/0957-0233/24/6/065302
Google Scholar
Wang A., Marashdeh Q. M., Teixeira F. L., Fan L.-S.: Electrical Capacitance Volume Tomography: a Comparison Between 12- and 24-Channels Sensor Systems. Progress in Electromagnetics Research M 41, 2015, 73–84.
DOI: https://doi.org/10.2528/PIERM15011412
Google Scholar
Wang B., Ji H., Huang Z., Li H.: A high-speed data acquisition system for ECT based on the differential sampling method. IEEE Sensors Journal 5, 2005, 308–311.
DOI: https://doi.org/10.1109/JSEN.2004.842627
Google Scholar
Wang F., Marashdeh Q., Fan L.-S., Warsito W.: Electrical Capacitance Volume Tomography: Design and Applications. Sensors 10, 2010, 1890–1917.
DOI: https://doi.org/10.3390/s100301890
Google Scholar
Wang Mi, Ma Yixin, Holliday N., Dai Yunfeng, Williams R. A., Lucas G.: A high-performance EIT system. IEEE Sensors Journal 5(2), 2005, 289–299.
DOI: https://doi.org/10.1109/JSEN.2005.843904
Google Scholar
Warsito W., Fan L.-S.: Development of 3-Dimensional Electrical Capacitance Tomography Based on Neural Network Multi-criterion Optimization Image Reconstruction. 3rd World Congress on Industrial Process Tomography, 2003.
Google Scholar
Warsito W., Fan L.-S.: Dynamics of spiral bubble plume motion in the entrance region of bubble columns and three-phase fluidized beds using 3D ECT. Chemical Engineering Science 60, 2005, 6073–6084.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.ces.2005.01.033
Google Scholar
Xu L., Zhou H., Cao Z.: A recursive least squares-based demodulator for electrical tomography. Review of Scientific Instruments 84, 2013, 044704.
DOI: https://doi.org/10.1063/1.4799971
Google Scholar
Yang W.: Design of electrical capacitance tomography sensors. Measurement Science and Technology 21, 2010, 042001.
DOI: https://doi.org/10.1088/0957-0233/21/4/042001
Google Scholar
Yang W. Q.: Hardware design of electrical capacitance tomography systems. Measurement Science and Technology 7, 1996, 225–232.
DOI: https://doi.org/10.1088/0957-0233/7/3/003
Google Scholar
Yang W. Q., Peng L.: Image reconstruction algorithms for electrical capacitance tomography. Measurement Science and Technology 14, 2003, R1–R13.
DOI: https://doi.org/10.1088/0957-0233/14/1/201
Google Scholar
Ye J., Mao M., Wang H., Yang W.: An evaluation of the rotation of electrodes in multi-plane electrical capacitance tomography sensors. Measurement Science and Technology 26, 2015, 125404.
DOI: https://doi.org/10.1088/0957-0233/26/12/125404
Google Scholar
York T. A., Phua T. N., Reichelt L., Pawlowski A., Kneer R.: A miniature electrical capacitance tomograph. Measurement Science and Technology 17, 2006, 2119–2129.
DOI: https://doi.org/10.1088/0957-0233/17/8/010
Google Scholar
Zeeshan Z., Teixeira F., Marashdeh Q.: Sensitivity map computation in adaptive electrical capacitance volume tomography with multielectrode excitations. Electronics Letters 51, 2015, 334–336.
DOI: https://doi.org/10.1049/el.2014.3855
Google Scholar
Zhao J., Zou X., Fu W.: Sensitivity Map Analysis of Adaptive Electrical Capacitance Volume Tomography Using Nonuniform Voltage Excitation Envelopes. IEEE Sensors Journal 17, 2017, 105–112.
DOI: https://doi.org/10.1109/JSEN.2016.2620486
Google Scholar
ECTsim3D web page, http://ectsim.ire.pw.edu.pl
Google Scholar
Autorzy
Jacek KryszynPolitechnika Warszawska Polska
https://orcid.org/0000-0002-0042-0473
Jacek Kryszyn was born in Warsaw, Poland, in 1986. He received his M.Sc. degree in electronics and computer engineering and the PhD degree from Warsaw University of Technology, Warsaw, Poland in 2012 and 2018, respectively. He is an assistant professor at the Institute of Radioelectronics and Multimedia Technology, Electronics and Information Technology Faculty, Warsaw University of Technology since 2019. His field of interest covers Electrical Capacitance Tomography, especially small capacitance measurement methods
Autorzy
Damian Wantadwanta@ire.pw.edu.pl
Politechnika Warszawska Polska
https://orcid.org/0000-0002-1596-6524
Damian Wanta was born in Starogard Gdański, Poland, in 1991. He received the M. Sc. degree in biomedical engineering from Warsaw University of Technology, Warsaw, Poland in 2016. He is PhD student in the Nuclear and Medical Electronics Division, Institute of Radioelectronics and Multimedia Technology, Electronics and Information Technology Faculty, Warsaw University of Technology. His current research interests include Imaging of Magnetic Nanoparticles, Electrical Capacitance Tomography and Partial Reconfiguration.
Autorzy
Waldemar T. SmolikPolitechnika Warszawska Polska
https://orcid.org/0000-0002-1524-5049
Waldemar T. Smolik was born in Otwock, Poland, in 1966. He received the M.Sc., the Ph.D. and D.Sc. degrees in electronics engineering from Warsaw University of Technology, Warsaw, Poland in 1991, 1997 and 2014, respectively.
Since 2016, he is a Professor at the Institute of Radioelectronics and Multimedia Technology, Electronics and Information Technology Faculty, Warsaw University of Technology. His main research interests are computer engineering, computed tomography and medical imaging. He has published over 70 scientific papers.
Statystyki
Abstract views: 535PDF downloads: 271
Licencja
Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa – Na tych samych warunkach 4.0 Miedzynarodowe.
Inne teksty tego samego autora
- Jacek Kryszyn, Waldemar Smolik, PAKIET DO TRÓJWYMIAROWEGO MODELOWANIA I REKONSTRUKCJI OBRAZÓW W ELEKTRYCZNEJ TOMOGRAFII POJEMNOŚCIOWEJ , Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska: Tom 7 Nr 1 (2017)
- Mateusz Midura, Przemysław Wróblewski, Damian Wanta, Grzegorz Domański, Mateusz Stosio, Jacek Kryszyn, Waldemar T. Smolik, SYSTEM DO POMIARU ZESPOLONEJ PODATNOŚCI MAGNETYCZNEJ NANOCZĄSTEK Z WYKONANYM W TECHNOLOGII DRUKU 3D KARKASEM ZINTEGROWANYCH CEWEK ODBIORCZYCH , Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska: Tom 11 Nr 1 (2021)
- Jacek Kryszyn, Waldemar Smolik, Tomasz Olszewski, Roman Szabatin, ROZWÓJ KONSTRUKCJI ELEKTRYCZNEGO TOMOGRAFU POJEMNOŚCIOWEGO W ZAKŁADZIE ELEKTRONIKI JĄDROWEJ I MEDYCZNEJ , Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska: Tom 7 Nr 1 (2017)
- Waldemar Smolik, Jacek Kryszyn, Tomasz Olszewski, Roman Szabatin , METODY POMIARU MAŁYCH POJEMNOŚCI W ELEKTRYCZNEJ TOMOGRAFII POJEMNOŚCIOWEJ , Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska: Tom 7 Nr 1 (2017)
- Jacek Kryszyn, Waldemar Smolik, DWUWYMIAROWE MODELOWANIE SONDY DO ELEKTRYCZNEJ TOMOGRAFII POJEMNOŚCIOWEJ W PAKIECIE ECTSIM , Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska: Tom 7 Nr 1 (2017)
- Grzegorz Domański, Roman Szabatin, Jerzy Kalenik, Adam Jaworski, Przemysław Wróblewski, Waldemar Smolik, Robert Kurjata, Bogusław Konarzewski, Michał Dziewiecki, Janusz Marzec, Krzysztof Zaremba, Marcin Ziembicki, Andrzej Rychter, Jacek Kryszyn, Piotr Brzeski, Jan Szmidt, TEORIA WZMOCNIENIA JEDNOFOLIOWEGO DETEKTORA Z GAZOWYM POWIELANIEM ELEKTRONÓW , Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska: Tom 7 Nr 1 (2017)
- Waldemar Smolik, Jacek Kryszyn, PRZEDZIAŁAMI LINIOWE ITERACYJNE ALGORYTMY REKONSTRUKCJI OBRAZÓW W ELEKTRYCZNEJ TOMOGRAFII POJEMNOŚCIOWEJ , Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska: Tom 7 Nr 1 (2017)