基于ERT技术的矿山充填管道检测方法研究
发布时间：2021-04-07 05:07
为了实现无废采矿和解决矿物开采过程中形成的地表沉陷问题,最佳处理方式是使用尾砂等各种充填材料制成浆体或膏体对采空区进行充填。但充填浆体或膏体经过充填管道输送至采空区的过程中,由于料浆级配不合理,浓度过低,流速低于极限流速和水化反应产生的胶结体等原因,导致充填料浆输送时固液分离,在管壁处产生结块,若不及时处理,会进一步发展为堵管和爆管现象,从而造成严重的环境污染和经济损失。因此若能对矿山充填管道进行检测,及时发现结块在充填管道内的位置和大小,对矿山充填管道的安全稳定运行有着极其重要的意义。本研究以电阻层析成像（Electrical Resistance Tomography,简称ERT）技术为基础,研究矿山充填管道的检测方法,主要做了以下工作:（1）本研究提出一种自适应ERT传感器,与传统ERT传感器的静态结构相比,自适应ERT传感器其电极排列采用阵列式结构,利用稀疏表示识别流型,根据实时流型变化自适应、动态的调整传感器结构,可以有效提高ERT图像重建质量。（2）本研究设计并搭建了 16电极ERT系统,包括传感器单元,测量与数据采集单元和图像重建单元。该系统主要由主控芯片STM32F10...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ERT系统原理图
分布不同，从而灵敏度分布也不同，并且获得的影响重建图像分辨率的独立测量电压的数目也不同，因此如果在相同的传感器结构和图像重建算法下，如果数据采集模式不同，那么获得的重建图像质量也会有不同。目前常用的数据采集模式主要有相邻（Adjacentstrategy）、相对（Oppositestrategy）和对角（Diagonalstrategy）模式等，下文将对数据采集模式作以说明比较。（1）相邻模式相邻模式由Sheffield大学的Brown和Segar学者提出[43]，该方法将电流注入相邻电极，然后从所有其它相邻电极对上测量电压（不包括注入电流的电极）。如图2.2所示。圆形传感器共有16个电极（1，2，…，16）等距离分布在传感器上，第一次激励电流注入相邻电极1和2建立敏感场，然后在其余相邻电极对上测量13组边界差分电压数据（V1，V2，…，V13），V1是电极3和4之间的差分电压，V2是电极4和5之间的差分电压，…，V13是电极15和16之间的差分电压。第二次激励电流注入相邻电极2和3建立敏感场，然后在其余相邻电极对上测量13组边界差分电压数据（V1，V2，…，V13），V1是电极4和5之间的差分电压，V2是电极5和6之间的差分电压，…，V13是电极16和1之间的差分电压。依照上述方法，最后一次激励电流注入相邻电极16和1建立敏感场，然后在其余相邻电极对上测量13组边界差分电压数据（V1，V2，…，V13），V1是电极2和3之间的差分电压，V2是电极3和4之间的差分电压，…，V13是电极14和15之间的差分电压。测量电压值的大小随着距离激励电极越远迅速变小，图2.2相邻模式示意图如图2.2中激励电极为电极1和2，13组差分电压V1~V13中V1和V13电压值相近且最大，随后两边电压值递减至最小处（V7）。不在激励电极上测量电压是为避免接触阻抗的影响。对于16电极的ERT系统，可采集13×16=208个测量边?
2ERT系统理论基础13最常用的数据采集模式，因为可以用较少的元器件实现硬件电路。相邻模式的缺点是敏感场灵敏度分布不均匀，图2.2中虚线代表电流密度线，最大处位于激励电极1和2处，随着距离的增加，电流密度逐渐变小，所以13组差分电压呈“U”型分布。（2）相对模式相对模式如图2.3所示，由Hua等人提出[44]。激励电流通过处于直径位置的两个电极注入以建立敏感常第一次激励电流注入电极1和9以建立敏感场，并以电极2为参考电极，然后依次测量参考电极与非激励电极的13组边界差分电压数据（V1，V2，…，V13），V1是电极2和3之间的差分电压，V2是电极2和4之间的差分电压，…，V13是电极2和16之间的差分电压。第二次激励电流注入电极2和电极10以建立敏感场，并以电极3为参考电极，然后依次测量参考电极与非激励电极的13组边界差分电压数据（V1，V2，…，V13），V1是电极3和4之间的差分电压，V2是电极3和5之间的差分电压，…，V13是电极3和1之间的差分电压。依照上述方法，最后一次激励电流注入电极8和电极16以建立敏感场，并以电极9为参考电极，然后依次测量参考电极与非激励电极的13组边界差分电压数据（V1，V2，…，V13），V1是电极9和10之间的差分电压，V2是电极9和11之间的差分电压，…，V13是电极9和7之间的差分电压。相对模式使电流分布更加均匀，因此具有良好的灵敏度。可得到13×8=104个独立电压数据。图2.3相对模式示意图（3）对角模式Hua等人提出了一种称为交叉法的数据采集模式[44]，也称为对角模式。当电流在一对较远的电极之间注入时，可以得到更均匀的电流分布。如图2.4(a)所示，电极1固定接电流源正端，电极2固定为电压参考电极，电极3接电流源负端。然后依次测量参考电极2与非激励电极的13组边界差分电压数据（V1，V2，…，V13
【参考文献】：
期刊论文
[1]微气泡抑制垂直管中段塞流过程的实验研究[J]. 方振旅,赵陆海波,李健,唐志永,许传龙. 东南大学学报(自然科学版). 2019(03)
[2]一种具有流型识别能力的自适应电阻层析成像传感器（英文）[J]. 王湃,李阳博,汪梅,秦学斌,刘浪. Journal of Central South University. 2019(03)
[3]我国矿山尾矿利用技术及开发利用建议[J]. 刘玉林,刘长淼,刘红召,赵毅,谭琦. 矿产保护与利用. 2018(06)
[4]基于声学特征的埋地管道堵塞故障的聚类识别方法[J]. 朱雪峰,冯早,黄国勇,李洋. 云南大学学报(自然科学版). 2018(04)
[5]我国采煤沉陷区现状、综合治理模式及治理建议[J]. 胡炳南,郭文砚. 煤矿开采. 2018(02)
[6]基于电阻率法研究铝酸盐水泥的早期水化过程[J]. 廖宜顺,徐鹏飞,杨华美,廖国胜,钟侚. 硅酸盐学报. 2018(05)
[7]基于旋转电极的电容层析成像技术图像融合算法[J]. 马敏,王伯波,闫超奇,薛倩. 计量学报. 2018(01)
[8]竖井抽水下垃圾填埋场渗滤液运移规律研究[J]. 柯瀚,胡杰,吴小雯,孟猛. 岩土工程学报. 2018(05)
[9]固井水泥浆早期水化过程电导率研究[J]. 曹艳,马宇恒,刘开强,查润静,程小伟. 硅酸盐通报. 2017(06)
[10]管道内检测电磁超声在线测厚装置[J]. 孙峥,李永虔,杨金旭,翟国富. 中国测试. 2017(02)
博士论文
[1]充填料浆流变特性及其输送管道磨损研究[D]. 刘志双.中国矿业大学(北京) 2018
[2]电阻层析成像（ERT）技术及其在两相流检测中的应用[D]. 王湃.西安电子科技大学 2013
硕士论文
[1]力敏传感智能轮胎的力学特性和应力场溯源方法[D]. 刘敏.西安科技大学 2018
[2]基于三维电阻层析成像的盾构机超前探测方法研究[D]. 王文波.西安科技大学 2018
[3]医学图像去噪技术研究[D]. 章文婧.华南理工大学 2018
[4]基于K-SVD的双重图像去噪算法研究[D]. 张秀春.大连交通大学 2017
[5]电阻层析成像混凝土钢筋锈蚀无损检测[D]. 惠洪州.济南大学 2017
[6]基于过完备字典的图像分块压缩感知技术研究[D]. 丁连根.吉林大学 2017
[7]基于多层次法的输气管网泄漏声发射检测及定位方法研究[D]. 龚漂.中国石油大学(华东) 2017
[8]三维ERT系统阵列电极优化设计及正问题研究[D]. 蔡琬琳.东北大学 2017
[9]基于L1和L2范数的EIT静态成像算法的对比研究[D]. 何晓蓉.天津大学 2014
本文编号：3122860
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ERT系统原理图
分布不同，从而灵敏度分布也不同，并且获得的影响重建图像分辨率的独立测量电压的数目也不同，因此如果在相同的传感器结构和图像重建算法下，如果数据采集模式不同，那么获得的重建图像质量也会有不同。目前常用的数据采集模式主要有相邻（Adjacentstrategy）、相对（Oppositestrategy）和对角（Diagonalstrategy）模式等，下文将对数据采集模式作以说明比较。（1）相邻模式相邻模式由Sheffield大学的Brown和Segar学者提出[43]，该方法将电流注入相邻电极，然后从所有其它相邻电极对上测量电压（不包括注入电流的电极）。如图2.2所示。圆形传感器共有16个电极（1，2，…，16）等距离分布在传感器上，第一次激励电流注入相邻电极1和2建立敏感场，然后在其余相邻电极对上测量13组边界差分电压数据（V1，V2，…，V13），V1是电极3和4之间的差分电压，V2是电极4和5之间的差分电压，…，V13是电极15和16之间的差分电压。第二次激励电流注入相邻电极2和3建立敏感场，然后在其余相邻电极对上测量13组边界差分电压数据（V1，V2，…，V13），V1是电极4和5之间的差分电压，V2是电极5和6之间的差分电压，…，V13是电极16和1之间的差分电压。依照上述方法，最后一次激励电流注入相邻电极16和1建立敏感场，然后在其余相邻电极对上测量13组边界差分电压数据（V1，V2，…，V13），V1是电极2和3之间的差分电压，V2是电极3和4之间的差分电压，…，V13是电极14和15之间的差分电压。测量电压值的大小随着距离激励电极越远迅速变小，图2.2相邻模式示意图如图2.2中激励电极为电极1和2，13组差分电压V1~V13中V1和V13电压值相近且最大，随后两边电压值递减至最小处（V7）。不在激励电极上测量电压是为避免接触阻抗的影响。对于16电极的ERT系统，可采集13×16=208个测量边?
2ERT系统理论基础13最常用的数据采集模式，因为可以用较少的元器件实现硬件电路。相邻模式的缺点是敏感场灵敏度分布不均匀，图2.2中虚线代表电流密度线，最大处位于激励电极1和2处，随着距离的增加，电流密度逐渐变小，所以13组差分电压呈“U”型分布。（2）相对模式相对模式如图2.3所示，由Hua等人提出[44]。激励电流通过处于直径位置的两个电极注入以建立敏感常第一次激励电流注入电极1和9以建立敏感场，并以电极2为参考电极，然后依次测量参考电极与非激励电极的13组边界差分电压数据（V1，V2，…，V13），V1是电极2和3之间的差分电压，V2是电极2和4之间的差分电压，…，V13是电极2和16之间的差分电压。第二次激励电流注入电极2和电极10以建立敏感场，并以电极3为参考电极，然后依次测量参考电极与非激励电极的13组边界差分电压数据（V1，V2，…，V13），V1是电极3和4之间的差分电压，V2是电极3和5之间的差分电压，…，V13是电极3和1之间的差分电压。依照上述方法，最后一次激励电流注入电极8和电极16以建立敏感场，并以电极9为参考电极，然后依次测量参考电极与非激励电极的13组边界差分电压数据（V1，V2，…，V13），V1是电极9和10之间的差分电压，V2是电极9和11之间的差分电压，…，V13是电极9和7之间的差分电压。相对模式使电流分布更加均匀，因此具有良好的灵敏度。可得到13×8=104个独立电压数据。图2.3相对模式示意图（3）对角模式Hua等人提出了一种称为交叉法的数据采集模式[44]，也称为对角模式。当电流在一对较远的电极之间注入时，可以得到更均匀的电流分布。如图2.4(a)所示，电极1固定接电流源正端，电极2固定为电压参考电极，电极3接电流源负端。然后依次测量参考电极2与非激励电极的13组边界差分电压数据（V1，V2，…，V13
【参考文献】：
期刊论文
[1]微气泡抑制垂直管中段塞流过程的实验研究[J]. 方振旅,赵陆海波,李健,唐志永,许传龙. 东南大学学报(自然科学版). 2019(03)
[2]一种具有流型识别能力的自适应电阻层析成像传感器（英文）[J]. 王湃,李阳博,汪梅,秦学斌,刘浪. Journal of Central South University. 2019(03)
[3]我国矿山尾矿利用技术及开发利用建议[J]. 刘玉林,刘长淼,刘红召,赵毅,谭琦. 矿产保护与利用. 2018(06)
[4]基于声学特征的埋地管道堵塞故障的聚类识别方法[J]. 朱雪峰,冯早,黄国勇,李洋. 云南大学学报(自然科学版). 2018(04)
[5]我国采煤沉陷区现状、综合治理模式及治理建议[J]. 胡炳南,郭文砚. 煤矿开采. 2018(02)
[6]基于电阻率法研究铝酸盐水泥的早期水化过程[J]. 廖宜顺,徐鹏飞,杨华美,廖国胜,钟侚. 硅酸盐学报. 2018(05)
[7]基于旋转电极的电容层析成像技术图像融合算法[J]. 马敏,王伯波,闫超奇,薛倩. 计量学报. 2018(01)
[8]竖井抽水下垃圾填埋场渗滤液运移规律研究[J]. 柯瀚,胡杰,吴小雯,孟猛. 岩土工程学报. 2018(05)
[9]固井水泥浆早期水化过程电导率研究[J]. 曹艳,马宇恒,刘开强,查润静,程小伟. 硅酸盐通报. 2017(06)
[10]管道内检测电磁超声在线测厚装置[J]. 孙峥,李永虔,杨金旭,翟国富. 中国测试. 2017(02)
博士论文
[1]充填料浆流变特性及其输送管道磨损研究[D]. 刘志双.中国矿业大学(北京) 2018
[2]电阻层析成像（ERT）技术及其在两相流检测中的应用[D]. 王湃.西安电子科技大学 2013
硕士论文
[1]力敏传感智能轮胎的力学特性和应力场溯源方法[D]. 刘敏.西安科技大学 2018
[2]基于三维电阻层析成像的盾构机超前探测方法研究[D]. 王文波.西安科技大学 2018
[3]医学图像去噪技术研究[D]. 章文婧.华南理工大学 2018
[4]基于K-SVD的双重图像去噪算法研究[D]. 张秀春.大连交通大学 2017
[5]电阻层析成像混凝土钢筋锈蚀无损检测[D]. 惠洪州.济南大学 2017
[6]基于过完备字典的图像分块压缩感知技术研究[D]. 丁连根.吉林大学 2017
[7]基于多层次法的输气管网泄漏声发射检测及定位方法研究[D]. 龚漂.中国石油大学(华东) 2017
[8]三维ERT系统阵列电极优化设计及正问题研究[D]. 蔡琬琳.东北大学 2017
[9]基于L1和L2范数的EIT静态成像算法的对比研究[D]. 何晓蓉.天津大学 2014
本文编号：3122860
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