一种新型拓扑结构的电阻层析成像有限元仿真模型专利检索-电阻层析成像过程层析成像层析成像诊断设备和程序专利检索查询-专利查询网

一种新型拓扑结构的 电阻 层析成像有限元仿真模型

阅读：995发布：2020-08-27

专利汇可以提供一种新型拓扑结构的电阻层析成像有限元仿真模型专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型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。，下面是一种新型拓扑结构的电阻层析成像有限元仿真模型专利的具体信息内容。

权利要求

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。
2.根据权利要求1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1层至第5层的半径与模型半径比值分别为：0.24478694、
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0.93901950、0.97777654、1.00000000。
3.根据权利要求1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，其特征还在于：除模型中心节点外，第1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1层各相邻2节点与模型中心节点依次相连组成1个有限元；第1层至第7层每层1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1层至第7层每层相邻2个节点与其外层距离最近1个节点依次相连组成1个有限元。

说明书全文

一种新型拓扑结构的电阻 层析成像有限元仿真模型

技术领域

[0001] 本实用新型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。

背景技术

[0002] 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。实用新型内容

[0003] 本实用新型的目的：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。

[0004] 本实用新型目的是这样实现的：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。

[0005] 所述的内部区域的第1层至第5层的特征在于，各层半径与模型半径比值分别为：0.24478694、0.44920644、0.61988740、0.76146701、0.87313088；

[0006] 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0.93901950、0.97777654、1.00000000；

[0007] 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1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1层各相邻2节点与模型中心节点依次相连组成1个有限元；第1层至第7层每层1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1层至第7层每层相邻2个节点与其外层距离最近1个节点依次相连组成1个有限元。

[0008] 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，达到了本发明的目的。

[0009] 本实用新型优点在于：

[0010] 1、相同实验条件下，本实用新型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1.1408%、7.2045%、1.4934%、1.4428%。

[0011] 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，本实用新型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%、11.0379%、6.0876%。附图说明

[0012] 图1为本实用新型提出的新型拓扑结构的有限元仿真模型；

[0013] 图2为传统按等间隔原理剖分的有限元模型示意图；

[0014] 图3为改进模型a示意图；

[0015] 图4为改进模型b示意图；

[0016] 图5为细化后有限元模型示意图；

[0017] 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；

[0018] 图7为敏感场内电流线分布示意图；

[0019] 图8为设置的四种典型流型示意图；

[0020] 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；

[0021] 图10为改进模型a重建图像示意图；

[0022] 图11为改进模型b重建图像示意图；

[0023] 图12为本实用新型提出的新型拓扑结构的有限元模型重建图像示意图；

[0024] 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

[0025] 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。

[0026] 所述的内部区域的第1层至第5层的特征在于，各层半径与模型半径比值分别为：0.24478694、0.44920644、0.61988740、0.76146701、0.87313088；

[0027] 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0.93901950、0.97777654、1.00000000；

[0028] 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1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1层各相邻2节点与模型中心节点依次相连组成1个有限元；第1层至第7层每层1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1层至第7层每层相邻2个节点与其外层距离最近1个节点依次相连组成1个有限元。

[0029] 工作原理：

[0030] 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1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1层各相邻2节点与模型中心节点依次相连组成1个有限元，模型第1层至第7层每层1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1层至第7层每层相邻2个节点与其外层距离最近1个节点依次相连组成1个有限元；

[0031] 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：

[0032]

[0033] 其中，X为外部区域的起始层数以及模型各层半径与模型半径的比值，ΦFEM与ΦTheory分别表示敏感场均匀分布时边界电压有限元计算值与理论值，P(y)为惩罚函数，其表达式为：

[0034]

[0035] 其中，a、b、c为三角形有限元边长。

[0036] 下面结合附图对本实用新型进一步说明。

[0037] 如图1所示，一种新型拓扑结构的电阻层析成像有限元仿真模型，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1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1层各相邻2节点与模型中心节点依次相连组成
1个有限元，模型第1层至第7层每层1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1层至第7层每层相邻2个节点与其外层距离最近1个节点依次相连组成
1个有限元，模型内部区域（1）采取非均匀分布形式，包含第1层至第5层，外部区域（2）模拟敏感场均匀分布时电流线的分布形式与分布密度，包含第6层至第8层，模型第1层至第
8层各层半径与模型半径比值分别为：0.24478694、0.44920644、0.61988740、0.76146701、
0.87313088、0.93901950、0.97777654、1.00000000，模型各层半径与模型半径的比值以及外部区域（2）的起始层数由遗传算法计算获得，其具体流程如下：

[0038] 1）设置遗传算法种群数目、最大迭代次数、交叉概率、变异概率、允许误差等参数；

[0039] 2）以模型各层半径与模型半径的比值以及外部区域（2）的起始层数为变量，对应染色体中一个基因，生成初始种群；

[0040] 3）根据种群中每个个体值，将外部区域（2）起始层数与最外层之间的节点通过拉普拉斯光滑技术调整位置，实现模拟敏感场均匀分布时电流线的分布形式与分布密度的目的，并根据适应度函数计算其适应值；

[0041] 4）按精英策略执行选择操作；

[0042] 5）按交叉概率执行交叉操作；

[0043] 6）按变异概率执行变异操作；

[0044] 7）判断运算结束后种群每个个体是否在允许范围，若超出允许范围，则恢复为算法运算前的个体；

[0045] 8）判断是否满足算法收敛条件，若满足，算法结束并保存结果，否则跳转至3），对种群中每个个体进行重新评价并循环计算。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种承压断层活化突水多场信息协同监测临突预报方法及监测系统	2020-05-08	60
基于跨孔电阻率法CT反演成像分析桩基的探测方法及系统	2020-05-08	766
一种水合物储层井间电学动态监控模拟实验装置	2020-05-11	244
一种基于感应光热辐射的光伏电池无损检测方法及系统	2020-05-16	620
用于复介电常数分布成像的多频差分复数电容层析系统	2020-05-08	920
有限空间电场分布确定方法及系统	2020-05-11	443
多类型水合物生成监测测试方法	2020-05-13	428
一种煤矿巷道围岩变形特性联合监测系统及监测方法	2020-05-14	673
一种基于FPGA的便携式电阻抗成像系统及其工作方法	2020-05-15	349
一种电阻抗断层成像方法	2020-05-12	84

一种新型拓扑结构的电阻层析成像有限元仿真模型

一种新型拓扑结构的电阻层析成像有限元仿真模型

技术领域

背景技术

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：