一種新型拓撲結構的電阻層析成像有限元仿真模型制造技術

本實用新型專利技術涉及一種新型拓撲結構的電阻層析成像有限元仿真模型，屬于檢測領域。為了提高電阻層析成像正問題計算精度與圖像重建質量，針對目前廣泛采用的16電極相鄰激勵模式以及三角形有限元劃分方法，建立一種新型拓撲結構的電阻層析成像有限元仿真模型。此模型內部區域采取非均勻分布形式，外部區域模擬敏感場均勻分布時電流線的分布形式與分布密度。優點：相同實驗條件下，與傳統等間隔均勻分布形式的有限元模型及其改進模型相比，此模型提高了電阻層析成像正問題計算精度與圖像重建質量。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術主要涉及一種新型拓撲結構的電阻層析成像有限元仿真模型，用于斷層層析成像測量，特別是管道內兩相流的層析成像，屬于檢測領域。
技術介紹
電阻層析成像技術作為一種高新檢測技術，在兩相流領域存在潛在應用前景。在電阻層析成像技術中，有限元模型拓撲結構對正問題計算精度與圖像重建質量具有重要影響。圖2為傳統的按等間隔原理剖分的有限元模型，目前已有研究學者通過仿真實驗驗證了其不合理性，并提出了不同的改進模型圖3有限元模型中除次最外層與最外層間的區域外，其余區域模擬敏感場均勻分布時電流線的分布密度與分布形式，但實際上電流密度在激勵電極之間最高，其他區域以距離的函數向外迅速衰減，且次最外層半徑需人為設置，缺乏理論依據，具有一定的主觀性與隨機性；圖4有限元模型以敏感場均勻分布時模型均方根值的倒數為適應度函數，并引入三角形最長邊與最短邊的比值作為懲罰函數，利用智能算法優化模型拓撲結構，但沒有考慮到電流線的分布形式；圖5為細化后有限元模型，雖然提高了正問題計算精度，但由于細化有限元加大了正問題求解的計算量，難以滿足實際系統的實時性要求。
技術實現思路
本技術的目的提供一種新型拓撲結構的電阻層析成像有限元仿真模型，解決傳統按等間隔原理剖分的有限元模型及其改進模型正問題計算精度與圖像重建精度低的問題。本技術目的是這樣實現的該模型由內部區域和外部區域組成，其中，內部區域有5層即第I層至第5層，外部區域有3層即第6層至第8層；內部區域采取非均勻分布形式，外部區域模擬敏感場均勻分布時電流線的分布形式與分布密度。所述的內部區域的第I層至第5層的特征在于，各層半徑與模型半徑比值分別為O.24478694,0. 44920644,0. 61988740,0. 76146701,0. 87313088 ；所述的外部區域的第6層至第8層的特征在于，各層半徑與模型半徑比值分別為O.93901950,0. 97777654、I. 00000000 ；所述的有限元仿真模型的特征還在于，除模型中心節點外，第I層至第8層各層包含的節點數分別為8、16、32、48、64、80、96、192，第I層各相鄰2節點與模型中心節點依次相連組成I個有限元；第I層至第7層每層I個節點與其外層距離最近3個節點依次相連組成2個有限元；第I層至第7層每層相鄰2個節點與其外層距離最近I個節點依次相連組成I個有限元。有益效果通過采取將有限元模型分成非均勻分布形式的內部區域及模擬敏感場均勻分布時電流線的分布形式與分布密度的外部區域的方法，解決了使有限元模型拓撲結構符合敏感場均勻分布時電流密度的特點(在激勵電極之間最高，其他區域以距離的函數向外迅速衰減)的技術問題，達到了本專利技術的目的。本技術優點在于I、相同實驗條件下，本技術提出的新型拓撲結構的有限元仿真模型與傳統按等間隔原理剖分的有限元模型及其改進模型，敏感場均勻分布(即空場)時模型均方根值分別為 I. 1408%,7. 2045%、I. 4934%、I. 4428%。2、相同實驗條件下(圖像重建算法選取標準牛頓-拉夫遜算法)，相比傳統按等間隔原理剖分的有限元模型及其改進模型，本技術提出的新型拓撲結構的有限元仿真模型重建圖像的相對圖像誤差平均值分別降低了 33. 2700%、IL 0379%,6. 0876%。附圖說明圖I為本技術提出的新型拓撲結構的有限元仿真模型；圖2為傳統按等間隔原理剖分的有限元模型示意圖；圖3為改進模型a示意圖；圖4為改進模型b示意圖；圖5為細化后有限元模型示意圖；圖6為敏感場均勻分布(即空場)時各個模型均方根值示意圖；圖7為敏感場內電流線分布示意圖；圖8為設置的四種典型流型示意圖；圖9為傳統按等間隔原理剖分的有限元模型重建圖像示意圖；圖10為改進I旲型a重建圖像不意圖；圖11為改進模型b重建圖像示意圖；圖12為本技術提出的新型拓撲結構的有限元模型重建圖像示意圖；圖中1、內部區域；2、外部區域；3、內部區域與外部區域分界線。具體實施方式該模型由內部區域和外部區域組成，其中，內部區域有5層即第I層至第5層，夕卜部區域有3層即第6層至第8層；內部區域采取非均勻分布形式，外部區域模擬敏感場均勻分布時電流線的分布形式與分布密度。所述的內部區域的第I層至第5層的特征在于，各層半徑與模型半徑比值分別為O.24478694,0. 44920644,0. 61988740,0. 76146701,0. 87313088 ；所述的外部區域的第6層至第8層的特征在于，各層半徑與模型半徑比值分別為O.93901950,0. 97777654、I. 00000000 ；所述的有限元仿真模型的特征還在于，除模型中心節點外，第I層至第8層各層包含的節點數分別為8、16、32、48、64、80、96、192，第I層各相鄰2節點與模型中心節點依次相連組成I個有限元；第I層至第7層每層I個節點與其外層距離最近3個節點依次相連組成2個有限元；第I層至第7層每層相鄰2個節點與其外層距離最近I個節點依次相連組成I個有限元。工作原理首先生成一初始有限元模型，此模型包含8層、537個節點、880個三角形有限元，模型除中心節點外，第I層至第8層各層包含的節點數分別為8、16、32、48、64、80、96、192，模型第I層各相鄰2節點與模型中心節點依次相連組成I個有限元，模型第I層至第7層每層I個節點與其外層距離最近3個節點依次相連組成2個有限元，模型第I層至第7層每層相鄰2個節點與其外層距離最近I個節點依次相連組成I個有限元；再以有限元模型外部區域的起始層數、模型各層半徑與模型半徑的比值為變量，以敏感場均勻分布時模型均方根值的倒數為適應度函數，并引入三角形最長邊與最短邊的比值作為懲罰函數，利用遺傳算法優化有限元模型，使模型內部區域采取非均勻分布形式，外部區域模擬敏感場均勻分布時電流線的分布形式與分布密度，遺傳算法適應度函數表達式為本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種新型拓撲結構的電阻層析成像有限元仿真模型，其特征是：該模型由內部區域和外部區域組成，其中，內部區域有5層即第1層至第5層，外部區域有3層即第6層至第8層；內部區域采取非均勻分布形式，外部區域模擬敏感場均勻分布時電流線的分布形式與分布密度。

【技術特征摘要】
1.一種新型拓撲結構的電阻層析成像有限元仿真模型，其特征是該模型由內部區域和外部區域組成，其中，內部區域有5層即第I層至第5層，外部區域有3層即第6層至第8層；內部區域采取非均勻分布形式，外部區域模擬敏感場均勻分布時電流線的分布形式與分布密度。2.根據權利要求I所述的一種新型拓撲結構的電阻層析成像有限元仿真模型，其特征是所述的內部區域的第I層至第5層的半徑與模型半徑比值分別為0. 24478694、O. 44920644,0. 61988740,0. 76146701,0. 87313088 ;所述的外部區域的第 ...

【專利技術屬性】
技術研發人員：肖理慶，徐曉菊，席建中，韓成春，
申請(專利權)人：徐州工程學院，
類型：實用新型
國別省市：