Индустриална томография
от Уикипедия, свободната енциклопедия
Съдържание |
[редактиране] Въведение
Томографията включва измервания по периферията на обект (например съд с индустриален процес в него или пациент) с цел определяне какво става вътре. Това е например възпроизвеждане през определено напречно сечение (на тръба или друго индустриално съоръжение) на образи на обекти или параметри на процеси. Като резултат, образите на процесите спомагат за по-добра онлайн инспекция, мониторинг и контрол на процеса - по-този начин може да се повиши производителността и да се постигне по-добро използване на индустриалните капацитети. Томографски системи могат да се разработят и за разработване и потвърждаване на модели и теории за процеси, както и за усъвършенстване на инструменталната база. Основните компоненти на един инструмент за томография на даден процес са хардуер (сензори, контрол на сигнал/данните) и софтуер (реконструиране на сигнала, модули за интерпретация и визуализация и генерация на изходни контролни сигнали към хардуера обслужващ процеса). Сензорната система е сърцето на всяка томографска техника. Основата на всяко измерване е използването на разликите или контраста в свойствата на изследвания процес. Съществува разнообразие от методи за измерване на пренасяния, дифракция и електрически явления. Почти всички устройства използват еднотипни сензори, а всъщност съществуват много възможности за конструирането на системи с различни методи за измервания.Изборът на измервателната система се определя главно от:
- - природата на компонентите съсдържащи се в съоръжението (тръба, резервоар, реактор и т.н.) или от материала който се изследва (течност, газ, твърдо тяло или многофазна система, както и от пропорциите на веществата в последната)
- - информация от гледна точка динамиката на процеса (стационарен, динамичен, изисквания: резолюция и чуствителност) и неговото предназначение (лабораторни изследвания, оптимизация на оборудването, регистриране на процеса или контрол)
- - околна среда на процеса (условия за безопасност и поддръжка)
- - размери на съоръженията и обхват на явлението или процеса
При избора на сензорна система трябва да се имат предвид изискваната пространствена резолюция както и скоростта и надеждността на измерването.
Докато първо е използването на сензорната система за придобиването на данните от измерването, следващият етап на една томографска система е процесирането на данните, чрез използването на подходящ алгоритъм за реконструиране на образи работещ на подходящ компютърен хардуер.
[редактиране] Етимология
Думата томография се получава от гръцките думи томос означаваща разделям (виж например атом - неделим) и граф означаваща образ (изображение).
[редактиране] Видове томографски техники
Текущо, има на разположение няколко типа томографски методи, които изучават комплексни, многоетапни явления. Това включва, инфрачервена, оптична, рентгенова, гама лъчева томографски системи, позитронна, магнитно-резонансна, звукова и свръхзвукова томография, томография от магнтитно поле. Всяка от тези техники има своите предимства, недостатъци и ограничения. Изборът на специфична техника често е продиктуван от противоречащи фактори. Това например може да включва: физически свойства на съставките на многофазния поток, желаната пространствена и времева разделителна способност на образите, цена на оборудването, физическите му размери, човешките ресурси необходими за работа с техниката, и потенциалните вреди (опасности) за персонала (например радиация). Друг метод е електрическата томография (резистивна, капацитивна и импедансна). Този вид техника е относително бърза (осигуряваща около 200 образа в секунда), лесна за работа има проста конструкция и е относително надеждна за приложение в индустриална обстановка. Очевидният недостатък на електрическата томография е нейната относително малка пространствена разделителна способност - типично 3-10% от диаметъра на тръба например. Във всеки случай това е достатъчно за много практически индустриални приложения.
[редактиране] Томография използваща рентгенови и гама лъчи
Този тип томография е аналогична на медицинската томография (компютърен томограф за сканиране на тялото), но понеже има голямо затихване на рентгеновите лъчи в металите, енергийният обхват, който се използва е по-голям и колиматорите (насочващи устройства) и детектиращата система в някои приложения са по-различни. Използвайки принципа за измерване на радиационното затихване в (по) много посоки (лъчи) минаващи през изследвания обект и използването на специални математически алгоритми за реконструиране, правят индустриалния томограф в състояние да показва вътрешността на сканирания обект в двуизмерни и триизмерни образи. Получената информация (томограмите) са обикновено пикселни карти на коефициента на затихване (или стойност на плътността) на сканираните резени или проекция на разглежданите воксели (триизмерен пиксел) на триизмерната матрица на обекта. Главните части на томографа са: източник на рентгенови или гама лъчи (20 Ci 192Ir, 2 Ci 137Cs ), един или няколко радиационни детектора, обикновено разположени след колиматори и по границата на сканираната зона, механичен многоосен цифров скенер и подходяща хардуерн система за запис на данните и визуализация (мониторинг) включаща споменатия софтуер.
[редактиране] Електромагнитно-индуктивна томография
Електромагнитно-индудктивната томография (ЕМТ) или магнитно индуктивната томография (МИТ) е неинтрузивна и безопасна техника за визуализация, която използва прости, външни сензори. Като относително нова томографска техника, ЕМТ използва електромагнитното коплиране (взаимодействие) между сензори и осигурява образи които представляват разпределения на електрически проводими и магнитно проницаеми материали в пространството на обекта. Потенциални приложения на ЕМТ техниката, са където изследваните материали се характеризират с контраст в тяхната електрическа проводимост или магнитна проницаемост, което е налице в индустриалното производство заедно с тежките технологични условия. Разработването на ЕМТ система изисква обичайна система за събиране на данни и индуктивни сензори. Показаната система е разработена за металодобивната индустрия за изобразяването на профила на потока стомана при непрекъснато леене. Разработката е на Университет Манчестър.
[редактиране] Безконтактна индуктивна томография на проводящи флуиди
Този вид томография представлява реконструирането на триизмерното разпределение на скоростите на флуид от измервания на магнитното поле на индуктивни токове във флуида създадени от външен източник (на постоянно магнитно поле) и движението на флуида. Намира приложение в измерването на потока на метални и полупроводникови стопилки при леене на металите и кристализацията. При непрозрачни флуиди оптичните измервания могат да се заменят с този вид томография. Методът използва решението на система интегрални уравнения описваща разпределението на магнитното поле на движещ се проводящ флуид. В основата на решението на инверсната задача е принципа на магнетоенцефалографията използван широко в медицината.
[редактиране] Капацитивна томография
Електро-капацитивната томография (ЕКТ) служи за изобразяване на разпределението на диелектричната проницаемост в даден обект чрез измерване на електрическите капацитети между група електроди разположени по периферията на обекта. Към капацитивната томография има нарастващ интерес, особено в приложението ѝ за мониторинг на двуфазни индустриални потоци. За получаване на точни образи на разпределението на диелектричната проницаемост се използват итеративни методи с многократно изчисление на правата задача.
[редактиране] Резистивна томография
Електро-резистивната томография (ЕРТ) използва факта, че различни (течни) обекти които контактуват имат различна проводимост. Постоянно напрежение или ток се подават на различни електроди и се измерват тока или напрежението на други електроди, добивайки информация за разпределението на проводимостта в обекта.След което се изчислява образ на проводимостите на сечението на (отсега) чрез използването на специфичен алгоритъм. Принципно за даден набор електроди прикрепени към границата на изследваната област има много възможни конфигурации на подаваното напрежение. Резистивната томография се използва в изследването на кристализацията в изучаването на суспензията на полимери, за изобразяване на утаечни продукти и в томографията при разбъркващи, смесващи (миксиращи) устройства.
