電學層析成像（簡體書）

本書是關於複雜有色冶金過程智能建模、控制與優化方法研究與應用方面的專著。書中總結了多年來從事有色冶金生產過程自動化的研究工作，內容涉及解決有色冶金生產過程自動化問題的理論、方法、技術及系統實現等方面。針對有色冶金過程難以建模問題，本書給出了智能集成建模的概念，描述了智能集成建模的基本形式和結構，闡述了多種基於神經網絡的智能集成建模方法；討論了複雜有色金屬生產過程的優化機制，給出了智能優化控制的結構，重點論述了操作模式優化問題，包括操作模式的基本概念與描述、操作模式的提取以及操作模式優化方法等方面；針對鉛鋅、銅、鋁主要有色金屬的冶煉生產過程以及鋁加工生產的重大裝備，詳細說明了智能集成建模、智能優化控制以及操作模式優化理論與方法在典型冶金工序（鋅濕法電解過程、鉛鋅火法熔煉過程、火法煉銅氣流乾燥過程、銅閃速熔煉過程、銅轉爐吹煉過程、氧化鋁配料過程、高壓溶出過程、蒸發過程以及連續碳酸化分解過程等）或裝備（大型模鍛水壓機和大型立式淬火爐）中的實現與應用。

《電學層析成像》主要介紹電學成像技術的有關內容，包括各種電學層析成像技術的發展歷程及工作原理；電學成像技術中正問題和逆問題的數學模型及求解算法；電學成像系統設計及優化，以及該技術的最新發展及其應用。可作為自動控制專業研究生的教學參考書，同時對從事電學層析成像技術研究、設計、開發及應用的廣大工程技術人員具有較高的參考價值。

《信息化與工業化兩化融合研究與應用叢書》序
前言

第1章緒論
1．1層析成像技術的歷史發展
1．2電學層析成像技術的發展歷程
1．3電學層析成像的分類及工作原理
參考文獻

第2章電磁場理論基礎
2．1麥克斯韋方程組及邊界條件
2．1．1麥克斯韋方程組的微分形式
2．1．2電磁性質的本構關係
2．1．3麥克斯韋方程組的積分形式和邊界條件
2．2定解條件
2．3電磁場的幾個基本定理
2．3．1疊加定理
2．3．2電磁場基本方程組的自洽性與完備性
2．3．3鏡像定理
2．3．4等效原理
2．3．5對偶定理
2．3．6互易定理
參考文獻

第3章電學層析成像的正問題
3．1概述
3．2ECT、ERT數學模型
3．2．1ERT的數學模型
3．2．2ECT的數學模型
3．2．3EIT的數學模型
3．2．4邊界條件
3．3EMT數學模型
3．4正問題求解
3．4．1有限差分法
3．4．2有限單元法
3．4．3邊界元法
3．4．4無網格法
參考文獻

第4章電學層析成像的逆問題
4．1適定問題與不適定問題
4．1．1問題適定性
4．1．2反問題和不適定問題
4．1．3良態與病態問題
4．1．4良條件與瘸條件的概念
4．2電學成像逆問題概述
4．2．1數學模型
4．2．2靈敏度理論
4．2．3基於靈敏度理論的求解方法
4．3非迭代算法
4．3．1反投影類算法
4．3．2改進靈敏度係數法
4．3．3截斷奇異值分解（TSVD）
4．3．4Calderon方法
4．3．5D-bar方法
4．4迭代求解算法
4．4．1Landweber算法
4．4．2Newton-Raphson算法
4．4．3共軛梯度算法
4．4．4Kalman濾波算法
4．4．5基於自適應網格細分的總變差正則化算法
4．5其他萬法
4．5．1組合算法
4．5．2最大熵正則化算法
參考文獻

第5章電學成像系統
5．1電容成像技術
5．1．1引言
5．1．2電容成像基本原理
5．1．3微小電容檢測技術
……
第6章電學成像技術發展及應用
參考文獻

第6章 電學成像技術發展及應用
6.1 電學成像技術發展
1991年，第一臺實時成像ECT系統研制成功。十幾年來過程成像技術得到快速發展。Hoyle等研究了目前各種典型的電學成像系統，認為它們在構成和功能上存在某些共性，可以用一個標準對電學成像系統各子模塊的硬件和軟件功能加以定義，使不同成像系統某些對應子模塊具有可互換性，并以此為基礎構建多模態成像系統，將多模態過程成像系統劃分為傳感器模塊、數據采集模塊、圖像重建模塊、數據融合模塊和數據解釋模塊。
國內外多個研究組試圖融合多種PT方法，通過增加信息量以擴展系統的適用范圍和測量精度。Dyakowski等研究了伽馬射線和電容雙模態成像算法，并通過仿真和實驗數據加以驗證，得到較好的成像質量。此外，他們將伽馬射線成像系統中先驗知識應用于電容成像系統，簡化了系統標定的過程。英國Leeds大學已初步建立了ERT、ECT以及超聲成像多模態測量裝置，并開展多相流的測量實驗。
電學成像系統ERT和ECT各自具有不同特點和適用范圍。由于ERT測量電阻率信息，流場可等效為電阻模型，所以一般地將電極安裝在管道的內壁以便激勵電流注入流場；而ECT測量介電常數，流場可等效為電容模型，通常將電極安裝在管道的外壁。ERT系統要求被測流體的連續相為導體，而ECT系統要求被測流體以非導電介質作為連續相。因此，用于石油工業中的油水兩相流測量，當水含率較大時，可采用ERT技術；而當水含率較小時，可采用ECT技術。
6.1.1 ERT／ECT雙模態復合傳感器結構設計
最簡單的ERT／ECT雙模態復合傳感器分別獨立設計，ERT傳感器陣列電極和ECT傳感器陣列電極分別安裝在管道的兩個不同截面，由于二者的敏感場互不干擾，可采用獨立的ERT和ECT數據采集模塊，系統設計相對比較簡單。但由于兩套傳感器安裝在管道的不同截面，測量數據不能反映同一時間、同一截面的流場分布信息，因而難以體現ERT和ECT技術的互補特點。
針對現有技術的不足，天津大學研究組設計了一種將ERT和ECT一體化的雙模態成像系統復合陣列傳感器，其結構如圖6.1.1所示。