層析成像技術，是通過射線掃描與反演計算，重建物體內部結構的圖像，廣泛應用于工業(yè)領域。其中，電學成像技術作為層析成像的重要分支，具備無輻射、響應快、成本低等優(yōu)勢。它通過對被測物體施加電學激勵并檢測邊界測量值變化，反演內部電學參數分布，實現(xiàn)非侵入式成像，為科學研究和工業(yè)生產提供了有力支持。

認識ECT與ERT

電容層析成像（ECT）

ECT是一種基于電磁場理論的測量技術，通過測量被測物體內介電常數的變化來重建其內部結構的圖像。在ECT系統(tǒng)中，多個電極被均勻安裝在被測管道或容器的外壁上，形成一個傳感器陣列。當被測介質（如氣液混合物）在管道中流動時，其某一截面上介電常數分布將隨介質分布的變化而變化，會引起邊界測量電容值的變化。通過測量電容值的變化，結合相應的圖像重建算法，即可得到介質在管道內的分布圖像。

電阻層析成像（ERT）

ERT則是基于電阻檢測原理的成像技術。它通過在被測物體表面安裝電極，并施加電流激勵，然后測量邊界電壓來反演物體內部的電阻分布情況。ERT系統(tǒng)能夠迅速測量并實時顯示管道或容器內橫截面上的電阻（或導電率）分布，以層析圖像的形式展現(xiàn)不同電導率介質的分布狀況。由于多相系統(tǒng)中不同介質的電導率不同，ERT可以進一步計算并顯示相含率參數。

相較于其他類型的層析成像設備，ECT和ERT，具有以下幾個顯著的優(yōu)勢：

1. 非侵入性和無輻射性

ECT和ERT技術分別通過在管道外部和內部邊界布置電極陣列來測量流體內部的電學參數變化，不侵入流體內部，因此不會對流場產生干擾，也不會破壞被測物體的結構。與X射線、CT等基于輻射的成像技術不同，ECT和ERT技術不產生任何輻射，對操作人員和被測物體都是安全的。

2. 實時性和動態(tài)監(jiān)測

ECT和ERT系統(tǒng)能夠連續(xù)、快速地獲取邊界測量數據，并通過圖像重建算法反演流動介質的截面分布圖像。這使得工程師能夠實時監(jiān)測流體狀態(tài)的變化，及時發(fā)現(xiàn)問題并采取相應的措施。由于具有實時性，ECT和ERT技術能夠捕捉到流體狀態(tài)的動態(tài)變化過程，如氣泡的生成、運動、合并和破裂等。

3. 適用范圍廣

ECT和ERT技術特別適用于多相流流動過程的檢測，如油氣水三相流、氣液兩相流等。它們能夠快速檢測流體中不同相的分布和流動狀態(tài)；其中ECT適用于連續(xù)相非導電的多相流動過程，ERT適用于連續(xù)相導電的多相流動過程。

4. 數據處理靈活

ECT和ERT系統(tǒng)可配備多種圖像重建算法，可以根據不同的應用場景和需求進行選擇和優(yōu)化，以獲得更準確的成像結果。ECT和ERT技術還可以與其他類型的成像技術（如光學成像、聲學成像等）進行融合，形成多模態(tài)成像系統(tǒng)，獲取更全面的流體信息，提高成像的準確性和可靠性。

在多相流領域有哪些應用？

ECT和ERT技術在石油、化工、冶金等多個行業(yè)中都有廣泛的應用實例，它們?yōu)楣I(yè)過程的監(jiān)測、控制和優(yōu)化提供了重要的技術支持。在多相流測試領域，尤其是在需要實時監(jiān)測流體內部參數分布的工業(yè)過程中，具備良好的應用。

1. 管道輸送監(jiān)測

在石油、化工、冶金等行業(yè)中，管道輸送是常見的流體傳輸方式。ECT和ERT技術都可以用于監(jiān)測管道內多相流的流動狀況，如氣液兩相流、液固兩相流等。通過測量管道周圍或內部的電學參數變化，可以實時獲取流體中不同相的分布情況、流動穩(wěn)定性等信息，為管道的安全運行和流程優(yōu)化提供重要數據支持。

2. 反應器內部監(jiān)測

在化工生產過程中，反應器是發(fā)生化學反應的核心設備。ECT和ERT技術可用于監(jiān)測反應器內部多相流的混合狀態(tài)、反應物的分布以及反應進度的變化。通過實時監(jiān)測流體中不同相的電學參數變化，可以了解反應器的混合效率、反應物的轉化率以及產物的生成情況，為優(yōu)化反應條件、提高產品質量和效率提供有力支持。

3. 流體參數測量

ECT和ERT技術都可以用于測量流體中不同相的物理參數，如介電常數、電導率等。這些參數對于理解流體的性質、行為和相互作用具有重要意義。通過測量這些參數的變化，可以進一步揭示流體內部的復雜結構和動態(tài)過程，為流體力學、多相流體力學以及化學工程等領域的研究提供重要實驗數據和理論依據。

4. 故障診斷與預防

在工業(yè)生產中，多相流系統(tǒng)的故障往往會導致生產中斷、設備損壞甚至安全事故的發(fā)生。ECT和ERT技術可以通過實時監(jiān)測流體內部參數的變化來發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患并及時采取預防措施。例如，在管道輸送過程中，如果發(fā)現(xiàn)流體中某相的濃度或流速異常變化，可以立即進行檢查和維修以避免更嚴重的后果發(fā)生。

國產自研-ERT/ECT工業(yè)電阻/電容層析成像系統(tǒng)

應用于多相流過程可視化與測試，在石油、化工、冶金、能源等領域的各種氣液混合器和分離器；各種熱交換設備、精餾塔、化學反應設備和核反應堆冷卻等過程。

1.基于CPCI工業(yè)總線標準，系統(tǒng)主板為6U板卡，可與現(xiàn)有工業(yè)級測試總線系統(tǒng)靈活兼容。

2.采用數字化設計，集成基于DDS技術的信號輸出模塊、數字正交解調模塊、具有高速、高精度、高穩(wěn)定性的優(yōu)點。

3.采用模塊化設計，ERT與ECT分別實現(xiàn)，可自由組合成ERT、ECT單模態(tài)或ERT/ECT雙模態(tài)。

4.非侵入式測量，僅需在原有管段基礎上連接傳感器管段即可完成測量，不影響被測物場內的介質分布和運動狀態(tài)。

5.硬件采集速率：ERT板卡（支持雙截面16電極）典型400幀/秒（最高1200幀/秒）；ECT板卡1200幀/秒（單截面8電極）、700幀/秒（單截面12電極）、600幀/截面/秒（雙截面各8電極）、280幀/秒（單截面16電極），在線成像顯示速率25幀/秒。

6.專用數據采集及成像軟件，可實現(xiàn)圖像實時顯示，自定義成像參數，流動過程可實現(xiàn)回放：可導出原始測試數據，離線處理方式靈活。

審核編輯 黃宇