專利名稱：指示材料間邊界的探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明應(yīng)用于涉及不同材料在管系或容器內(nèi)沉淀、沉積、流動(dòng)或存儲(chǔ)的不同工業(yè)處理，或者更一般地應(yīng)用于為了保證處理的正確操作而必須測(cè)量不同材料數(shù)量的處理。
背景技術(shù)：
在很多工業(yè)處理中，處于不同狀態(tài)的材料在容器、管系或類似裝置內(nèi)流動(dòng)或被存儲(chǔ)在其中，在此情況下，有必要在處理中獲知例如不同材料的數(shù)量、流速、混合物組成和類似信息。這樣的處理通常會(huì)在不同的材料之間形成邊界，其中邊界可以被定義為使得位于邊界不同側(cè)的材料密度有所不同。實(shí)際上，邊界具有材料的物理性質(zhì)在此改變的特定過渡區(qū)域。邊界的一個(gè)示例是油和水的混合物，其中油作為較輕的材料在水面上形成一層，并且可以在這些材料之間發(fā)現(xiàn)明顯的邊界。另一個(gè)示例可以是檢查地下不同的土層和材料沉積，其中令人感興趣的礦石斷裂處的邊界包括例如在包含貴金屬的巖石材料和其他巖石材 料之間的邊界。在很多情況下都有必要獲知容器或檢查區(qū)域內(nèi)的材料數(shù)量。這些情況特別會(huì)出現(xiàn)在礦石準(zhǔn)備處理和污水處置處理中。礦石準(zhǔn)備中的特定應(yīng)用是處理的增稠機(jī)械。當(dāng)材料被區(qū)分地分離并且在其間存在明顯的邊界時(shí)才能進(jìn)行材料的分選或增稠。例如沿被檢查容器高度的方向檢查出的邊界位置對(duì)于很多處理來說都是特別令人感興趣的信息。通常，例如位于容器內(nèi)或地下的這些邊界實(shí)際上無法通過目檢來觀察。為此，需要研發(fā)出更多的方法來檢測(cè)邊界。在不同狀態(tài)的材料之間可能存在有多種不同的邊界；但是，以下具體討論的是兩種液體或者液體和固體之間的邊界。通過分層或液位高度而沉淀的不同材料之間的邊界在現(xiàn)有技術(shù)中例如可以通過聲學(xué)和光學(xué)方法以及基于重力(壓力測(cè)量)和電測(cè)量的方法來進(jìn)行測(cè)量。這些方法在以下文獻(xiàn)中有所介紹[I] J. Vergouw, C. O. Gomez, J. A. Finch !“Estimating true level ina thickener using a conductivity probe，，，Minerals Engineering, 17:87-88, 2004 ；[2] O-P Tossavainen, M. Vauhkonen, V. Kolehmainen -.uK three-dimensional shapeestimation approach for tracking of phase interfaces in sedimentationprocesses using electrical impedance tomography，，，Measurement Scienceand Technology, 18: 1413-1424, 2007 以及[3]M. Maldonado, A. Desbiens, R. delVillar :“An update on the estimation of the froth depth using conductivitymeasurements”, 2008。一種已知的通過聲波測(cè)量邊界的方法是以來自間斷點(diǎn)的反射為基礎(chǔ)的。因?yàn)殡姶挪〞?huì)從阻抗變化的邊界處反射，所以傳輸至受檢查材料的聲波會(huì)從該邊界處反射。通過計(jì)算反射波的傳播時(shí)間就可以算出邊界到發(fā)射器的距離并且進(jìn)一步算出邊界沿y維度的預(yù)期高度。EIT(電阻抗層析成像)相應(yīng)地是一種其中可以在被檢查對(duì)象的表面上安裝電極的方法。方法的基本原理是將一組電極安裝在研究對(duì)象的表面上并且饋送以微小的交變電流，隨后測(cè)量電極之間的電勢(shì)差也就是電壓。通常，電壓測(cè)量是通過與電流饋送相同的電極進(jìn)行。EIST(電阻抗頻譜層析成像)相應(yīng)地是指在測(cè)量中使用多種不同的頻率，也就是說測(cè)量通常是在預(yù)期的連續(xù)頻帶上進(jìn)行。只要研究對(duì)象并非完全均質(zhì)，那么根據(jù)用多種不同的電極間距測(cè)得的電勢(shì)差就能推斷出被測(cè)對(duì)象的電導(dǎo)率或電容率作為位置的函數(shù)而變化。實(shí)際上，電導(dǎo)率可通過多種數(shù)學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算，在這些方法中可以采用合適的計(jì)算模型。這樣的計(jì)算涉及反演計(jì)算領(lǐng)域。最后，例如根據(jù)根據(jù)位置的電導(dǎo)率來獲得其上設(shè)有電極的測(cè)量對(duì)象的高度的截面圖。在現(xiàn)有技術(shù)中，沉積在受檢查容器底部的固體材料和其頂部的液體之間的邊界高度已經(jīng)通過引入設(shè)置在臂部直接處于沉積物內(nèi)的一端的測(cè)量傳感器來進(jìn)行測(cè)量。這會(huì)造成傳感器結(jié)垢從而顯著地影響測(cè)量精度和傳感器的性能。另外，傳感器的壽命在此情況下的
最差結(jié)果是變得非常短。在現(xiàn)有技術(shù)中，傳感器已經(jīng)與單維度設(shè)置的電極一起使用，也就是使用在一端或兩端裝有電極的直臂。例如通過這樣的一對(duì)電極饋送微小電流，并且測(cè)量這些電極之間的電勢(shì)差，也就是電壓。通過將傳感器臂設(shè)置在例如流體容器內(nèi)的不同位置并且檢查不同位
置之間的電壓變化，就可以獲得兩種不同材料之間可能存在的邊界的信息。但是，這需要進(jìn)行大量的重復(fù)測(cè)量，并且傳感器結(jié)垢或者甚至是損壞都是關(guān)鍵問題。更具體地，邊界在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)如下所述地進(jìn)行測(cè)量?？紤]一個(gè)容器，在底部有一層特定高度的固體沉積材料，并且例如在沉積物頂部有水。假設(shè)沉積物和水之間的邊界被明確界定，也就是可以假設(shè)檢查時(shí)沿高度方向會(huì)在某一位置(沿y維度的單一坐標(biāo)值)出現(xiàn)材料性質(zhì)的突變?？紤]在直管的每一端都設(shè)有一對(duì)電極的設(shè)置方式。管被垂直放置在容器內(nèi)以使下方的電極對(duì)完全處于沉積物內(nèi)并且上方的電極對(duì)完全處于水中。在此進(jìn)一步假設(shè)并不是動(dòng)態(tài)情況，也就是說液體和沉積物之間的邊界穩(wěn)定地保持不動(dòng)。根據(jù)阻抗層析成像的原理，向電極饋送微小的電流并測(cè)量這些電極上的電壓。換句話說，就是測(cè)量?jī)蓚€(gè)相鄰電極之間的電壓。根據(jù)測(cè)量結(jié)果就很容易通過以下公式計(jì)算出每一對(duì)電極周圍材料的特征電阻率 A= - andR-, — ~.....···· 11
h" 1I根據(jù)這些值即可計(jì)算每一種材料的電導(dǎo)率σ i和σ 2。如果電導(dǎo)率σ i和σ 2彼此不同，那么就能推斷材料邊界位于兩對(duì)電極之間的區(qū)域內(nèi)。通過沿垂直方向升高或者降低管來執(zhí)行新的測(cè)量，即可在上述計(jì)算之后獲得新的高度估算值?，F(xiàn)有技術(shù)中的主要問題是傳感器結(jié)垢和由此造成的運(yùn)行可靠性的損失，以及由于重復(fù)測(cè)量，確定邊界是耗時(shí)的。而且，傳感器通常都能以正常工作狀態(tài)使用一段時(shí)間，但是它們的壽命并不長(zhǎng)。由于結(jié)垢，因此傳感器或測(cè)量電極必須相對(duì)頻繁地進(jìn)行清洗，從處理的角度看這就意味著要對(duì)系統(tǒng)設(shè)置自動(dòng)清洗系統(tǒng)，或者可選地維護(hù)人員必須定期人工清洗或維護(hù)設(shè)備，這會(huì)進(jìn)一步造成設(shè)備的暫停使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種用于檢測(cè)包括至少一種材料的一定體積內(nèi)包含的一處或多處材料邊界的位置的方法，其中至少部分體積是液體材料并且其中使用進(jìn)一步包括至少一個(gè)探測(cè)器的一組探測(cè)器，在該方法中
包括至少一對(duì)電極的一組探測(cè)器被設(shè)置在受檢查體積內(nèi)；通過至少一對(duì)電極饋送電流或電壓并從至少一對(duì)電極測(cè)量電流或電壓；并且在計(jì)算中使用表達(dá)設(shè)置方式的測(cè)量幾何形狀，并且選擇計(jì)算中所需的計(jì)算算法。所述方法的特征包括將探測(cè)器組中的至少三個(gè)電極在受檢查體積中設(shè)置為實(shí)質(zhì)上不同于直線的組件，探測(cè)器組中的所有電極都只位于液體材料的體積內(nèi)；在測(cè)量結(jié)果的基礎(chǔ)上計(jì)算受檢查體積內(nèi)的電導(dǎo)率分布；并且在電導(dǎo)率分布和電極位置信息的基礎(chǔ)上推斷受檢查體積內(nèi)的至少一處材料邊界的位置。 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，利用電阻抗層析成像(EIT)或電阻率層析成像(ERT)來執(zhí)行饋送和測(cè)量步驟。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電極被設(shè)置在探測(cè)器組中的至少一個(gè)探測(cè)器上以使電極間的向量跨越一個(gè)三維子空間。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電極被設(shè)置在至少兩個(gè)分離的探測(cè)器上，每一個(gè)探測(cè)器上的電極都基本被安置在一條直線上。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，標(biāo)準(zhǔn)反演問題的ID-σ方法在計(jì)算中被用于求解邊界的平面輪廓。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過機(jī)器學(xué)習(xí)方法確定用于表示邊界的預(yù)期數(shù)值的電壓或電流測(cè)量值的函數(shù)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，由仿真獲得的結(jié)果被用作供機(jī)器學(xué)習(xí)方法使用的訓(xùn)練材料。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，使用的機(jī)器學(xué)習(xí)方法是MLP網(wǎng)絡(luò)(多層感知器)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過使用Levenberg-Marquardt算法來訓(xùn)練MLP網(wǎng)絡(luò)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過估算每一個(gè)電極和周圍材料之間的接觸阻抗來監(jiān)測(cè)電極的結(jié)垢。根據(jù)本發(fā)明的第二種應(yīng)用，本發(fā)明的主題還包括一種用于檢測(cè)包括至少一種材料的一定體積內(nèi)包含的一處或多處材料邊界的位置的系統(tǒng)，其中至少部分體積是液體材料并且其中使用進(jìn)一步包括至少一個(gè)探測(cè)器的一組探測(cè)器，所述系統(tǒng)包括包括至少一對(duì)電極的被設(shè)置在受檢查體積內(nèi)的一組探測(cè)器；用于通過至少一對(duì)電極饋送電流或電壓的饋送裝置和用于從至少一對(duì)電極測(cè)量電流或電壓的測(cè)量裝置；以及處理器，在計(jì)算時(shí)使用表達(dá)設(shè)置方式的測(cè)量幾何形狀以及使用計(jì)算中所需的選擇
計(jì)算算法。所述系統(tǒng)的特征進(jìn)一步包括探測(cè)器組中至少有三個(gè)電極在受檢查體積中被設(shè)置為實(shí)質(zhì)上不同于直線的組件，探測(cè)器組中的所有電極都只安置在液體材料的體積內(nèi)；所述處理器用于在測(cè)量結(jié)果的基礎(chǔ)上計(jì)算受檢查體積內(nèi)的電導(dǎo)率分布；并且所述處理器用于在電導(dǎo)率分布和電極位置信息的基礎(chǔ)上推斷受檢查體積內(nèi)可能存在的至少一處材料邊界的位置。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電流饋送和測(cè)量裝置被設(shè)置用于利用電阻抗層析成像(EIT)或電阻率層析成像(ERT)來執(zhí)行饋送和測(cè)量步驟。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電極被設(shè)置在探測(cè)器組中的至少一個(gè)探測(cè)器上以使電極間的向量跨越一個(gè)三維子空間。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電極被設(shè)置在至少兩個(gè)分離的探測(cè)器上，每一個(gè)探測(cè)器上的電極都基本被安置在一條直線上。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述處理器被設(shè)置用于在計(jì)算中使用標(biāo)準(zhǔn)反演問題的ID-σ方法來求解邊界的平面輪廓。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述處理器被設(shè)置用于通過機(jī)器學(xué)習(xí)方法確定用于表示邊界的預(yù)期數(shù)值的電壓或電流測(cè)量值的函數(shù)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述處理器被設(shè)置用于將由仿真獲得的結(jié)果用作供機(jī)·器學(xué)習(xí)方法使用的訓(xùn)練材料。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，使用的機(jī)器學(xué)習(xí)方法是MLP網(wǎng)絡(luò)(多層感知器)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過使用Levenberg-Marquardt算法來訓(xùn)練MLP網(wǎng)絡(luò)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述測(cè)量裝置被設(shè)置用于估算每一個(gè)電極和周圍材料之間的接觸阻抗以監(jiān)測(cè)電極的結(jié)垢。根據(jù)本發(fā)明的第三種應(yīng)用，本發(fā)明的主題另外還包括一種進(jìn)一步計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序進(jìn)一步包括程序代碼，其在數(shù)據(jù)處理設(shè)備上運(yùn)行時(shí)被設(shè)置用于控制可以在處理器或其他計(jì)算設(shè)備上執(zhí)行的上述方法中的步驟。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)量系統(tǒng)中的電極組件不需要被設(shè)置在測(cè)量體積中由包括固體材料和液體的沉積物構(gòu)成的沉積物區(qū)域內(nèi)。另外，通過僅使用一套測(cè)量裝置就能夠監(jiān)測(cè)一處或多處邊界而無需將電極從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置。


圖I表示一個(gè)劃分示例，也就是用于T形探測(cè)器的使用Netgen軟件的計(jì)算網(wǎng)格，圖2表示三條仿真電導(dǎo)率曲線以及通過ID-σ方法根據(jù)所述曲線估算的電導(dǎo)率曲線，圖3表示所謂的MLP網(wǎng)絡(luò)(多層感知器)的示例，圖4表示本發(fā)明中使用的探測(cè)器示例，其中電極被安置在T形組件內(nèi)，圖5a表示構(gòu)成本發(fā)明一種應(yīng)用的容器的示例，其中已經(jīng)沉淀有材料層并且其中通過L形探測(cè)器來測(cè)量邊界，以及圖5b表示類似于圖5a的應(yīng)用，其中測(cè)量?jī)x器包括并排安置的兩個(gè)分離的條形探測(cè)器。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開了一種基于電導(dǎo)率傳感器測(cè)量值用于觀測(cè)兩種材料之間邊界的新型測(cè)量探測(cè)器。方法也使用了現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理方法和計(jì)算方法。該方法使用通常在被測(cè)體積內(nèi)執(zhí)行的EIT測(cè)量。由于建立受檢查體積中完整的電導(dǎo)率分布在計(jì)算上非常復(fù)雜，因此本發(fā)明采用了機(jī)器學(xué)習(xí)的方法。具體地，本發(fā)明允許使用不必設(shè)置在容器(在底部有固體沉積物)中的固體材料內(nèi)的電極組件。換句話說，探測(cè)器也可以被用于檢測(cè)除測(cè)量電極之間的區(qū)域以外的其他區(qū)域內(nèi)的電導(dǎo)率分布。本發(fā)明的基本思想包括使用基于電阻抗層析成像的測(cè)量值，其中可以使用兩種材料邊界的不同側(cè)之間的不同電導(dǎo)率，或者更一般地說是根據(jù)三維位置而變化的受檢查材料的組成。這些不同材料性質(zhì)的結(jié)果首先就是可能存在邊界。在材料體積中材料性質(zhì)比通常情況改變更加強(qiáng)烈的位置，也可以發(fā)現(xiàn)電性質(zhì)(例如取決于位置的電導(dǎo)率)比通常情況有更加強(qiáng)烈的改變。為了讓邊界能夠呈現(xiàn)并且可觀測(cè)，在幾種不同材料的混合物中必然已經(jīng)出現(xiàn)了沉淀、沉積或其他的非均化現(xiàn)象。在此情況下，例如具有不同質(zhì)量的物質(zhì)就能夠彼此分離以使得在材料的邊界區(qū)域內(nèi)能夠觀測(cè)到比平均的電導(dǎo)率、特征阻抗或其他可測(cè)性質(zhì)更加強(qiáng)烈的改變。每一個(gè)電極和材料之間的所謂接觸阻抗也可以在計(jì)算中予以考慮，通常是指由于電極周圍的污垢或(電極和周圍材料之間)不理想的接觸狀態(tài)而導(dǎo)致的附加電阻。這會(huì)進(jìn) 一步造成附加壓降。在此情況下，可以認(rèn)為通過一對(duì)電極測(cè)量的電壓是饋送電流、電流路徑中的電導(dǎo)率分布以及電極和周圍材料之間接觸阻抗的函數(shù)。在此情況下，即使是電極略有結(jié)垢(通常是使用期間會(huì)在表面上形成一層石膏)，也可以照常繼續(xù)測(cè)量。另一方面，如果污垢數(shù)量超過特定限制，那么可以觀測(cè)到這種情況并且例如可以在此情況下給出警告信號(hào)。通過計(jì)算接觸阻抗，對(duì)維護(hù)傳感器組件的需求也得以減少，從而進(jìn)一步降低了日常使用導(dǎo)致的成本。電極之間的距離可以自由選擇以適用于每一種應(yīng)用。這也會(huì)受到要測(cè)量的材料體積尺寸的影響。使用的電極數(shù)量(設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)探測(cè)器上的總數(shù))通常是至少三個(gè)。由于電流和電壓在EIT測(cè)量之后是已知的，因此任務(wù)是確定受檢查材料體積中的內(nèi)部電導(dǎo)率分布。這一類型的問題就是所謂的反演問題，其特征在于病態(tài)，也就是說問題的解不唯一或者不存在。反演問題的對(duì)立面是所謂的正演問題，這在本實(shí)施例中應(yīng)該是在已知饋送電流和電導(dǎo)率分布的基礎(chǔ)上檢測(cè)電極電壓。為此，可以使用例如在以下文獻(xiàn)中介紹的所謂完整電極模型Cheng等“Electrode modelsfor electric current computed tomography，，，IEEE Transactions on BiomedicalEngineering, 36:918-924，1989;以及 Somersalo 等“Existence and uniqueness forelectrode models for electric current computed tomography，，，SIAM Journal onApplied Mathematics, 52:1023-1040, 1992。相應(yīng)地，在正演問題中使用例如在以下文獻(xiàn)中介紹的所謂有限兀方法(FEM) :Vauhkonen 等“Tikhonov regularization and priorinformation in electrical impedance tomography，，，IEEE Transactions on BiomedicalEngineering, 45:486-493, 1998。反演問題包括研究以下形式的正則最小化(regularized minimization)問題ο,ζ = argmin { || Umeas-U ( σ，z) || 2+ α 丄 || L1 ( σ - σ *) | |2+ a 2 || L2 (z_z*) || 2} (2)其中σ是未知的電導(dǎo)率分布，ζ包括電極和周圍材料之間的有效接觸阻抗，U_s表示從電極測(cè)得的電壓，U(o,z)是例如通過與正演問題相關(guān)聯(lián)的FEM方法計(jì)算的電壓，L1^2是正則矩陣，是正則參數(shù)并且和σ*和％分別是用于電導(dǎo)率和接觸阻抗的先前值。對(duì)電導(dǎo)率分布和接觸阻抗的估計(jì)可以例如通過高斯-牛頓方法迭代計(jì)算。為此要另外使用Tikhonov正則化,這在上述Vauhkonen的公開文獻(xiàn)中有所介紹。
在本發(fā)明的方法中，邊界的平面輪廓例如可以通過所謂的ID-σ方法估算。為了能夠使用EIT來估算邊界，必須首先確定用于計(jì)算的測(cè)量幾何形狀。這就涵蓋了確定探測(cè)器的幾何形狀以及設(shè)置在其表面上的電極的幾何形狀，從而能夠建立用于元方法的計(jì)算網(wǎng)格。包括邊界的對(duì)象(例如增稠劑)經(jīng)常很大以至于離散的計(jì)算區(qū)域可能被限制在充分遠(yuǎn)離電極的探測(cè)器附近。在這種測(cè)量幾何形狀的定位完成之后，幾何形狀可以被離散化為具有有限的尺寸。這可以通過現(xiàn)成的程序例如Netgen完成。圖I中給出了這種離散化的一個(gè)示例，也就是用于T形探測(cè)器的計(jì)算網(wǎng)格?；谧杩箤游龀上駨碾娏?電壓數(shù)據(jù)中求解邊界的方法在此被稱為ID-σ方法，并且由此遵循與上述已知的Tikhonov正則化解決方案相同的基本原理。電導(dǎo)率分布和接觸阻抗的估計(jì)可以利用高斯-牛頓方法迭代計(jì)算。在迭代循環(huán)“i+Ι”中，變量ei+1=[oi+1，zi+1]可以用以下關(guān)系式表示Θ i+1 = Θ j+ K j δ Θ j(3)其中Iii是步長(zhǎng)。另外搜索方向δ Θ i由以下公式定義
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)在包括至少一種材料的一定體積內(nèi)包含的一處或多處材料邊界的位置的方法，其中至少部分體積是液體材料并且其中使用進(jìn)一步包括至少一個(gè)探測(cè)器的一組探測(cè)器，所述方法包括以下步驟 將包括至少一對(duì)電極的一組探測(cè)器引入受檢查體積內(nèi)； 通過至少一對(duì)電極饋送電流或電壓，并從至少一對(duì)電極測(cè)量電流或電壓；并且 在計(jì)算中使用代表設(shè)置方式的測(cè)量幾何形狀，并且選擇計(jì)算中所需的計(jì)算算法； 其特征在于所述方法進(jìn)一步包括以下步驟 將探測(cè)器組中的至少三個(gè)電極在受檢查體積中設(shè)置為實(shí)質(zhì)上不同于直線的組件，探測(cè)器組中的所有電極都只位于液體材料的體積內(nèi)； 在測(cè)量結(jié)果的基礎(chǔ)上計(jì)算受檢查體積內(nèi)的電導(dǎo)率分布；并且 在電導(dǎo)率分布和電極位置信息的基礎(chǔ)上推斷受檢查體積內(nèi)的至少一處材料邊界的位置。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述方法進(jìn)一步包括以下步驟 利用電阻抗層析成像EIT或電阻率層析成像ERT來執(zhí)行饋送和測(cè)量步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述方法進(jìn)一步包括以下步驟 將電極設(shè)置在探測(cè)器組中的至少一個(gè)探測(cè)器上，以使電極間的向量跨越一個(gè)三維子空間。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述方法進(jìn)一步包括以下步驟 將電極設(shè)置在至少兩個(gè)分離的探測(cè)器上，每一個(gè)探測(cè)器上的電極都基本被安置在一條直線上。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述方法進(jìn)一步包括以下步驟 在計(jì)算中使用標(biāo)準(zhǔn)反演問題的lD-σ方法求解邊界的平面輪廓。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述方法進(jìn)一步包括以下步驟 通過機(jī)器學(xué)習(xí)方法確定用于表示邊界的預(yù)期數(shù)值的電壓或電流測(cè)量值的函數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述方法進(jìn)一步包括以下步驟 將由仿真獲得的結(jié)果用作機(jī)器學(xué)習(xí)方法中的訓(xùn)練材料。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于使用的機(jī)器學(xué)習(xí)方法是多層感知器MLP網(wǎng)絡(luò)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法,其特征在于通過使用Levenberg-Marquardt算法來訓(xùn)練MLP網(wǎng)絡(luò)。
10.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述方法進(jìn)一步包括以下步驟 通過估算每一個(gè)電極和周圍材料之間的接觸阻抗來監(jiān)測(cè)電極的結(jié)垢。
11.一種用于檢測(cè)在包括至少一種材料的一定體積內(nèi)包含的一處或多處材料邊界的位置的系統(tǒng)，其中至少部分體積是液體材料并且其中使用進(jìn)一步包括至少一個(gè)探測(cè)器的一組探測(cè)器，所述系統(tǒng)包括 包括至少一對(duì)電極(41，52)的、被安置在受檢查體積內(nèi)的一組探測(cè)器(40, 52, 52a, 52b)； 用于通過至少一對(duì)電極饋送電流或電壓的饋送裝置(53)，和用于從至少一對(duì)電極測(cè)量電壓或電流的測(cè)量裝置(53);以及 處理器(53)，在計(jì)算時(shí)使用表達(dá)設(shè)置方式的測(cè)量幾何形狀以及使用計(jì)算中所需的選擇計(jì)算算法； 其特征在于所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括 探測(cè)器組中的至少三個(gè)電極(40，52，52a, 62b)在受檢查體積中被設(shè)置為實(shí)質(zhì)上不同于直線的組件，探測(cè)器組中的所有電極都只位于液體材料的體積內(nèi)； 所述處理器(53)用于在測(cè)量結(jié)果的基礎(chǔ)上計(jì)算受檢查體積內(nèi)的電導(dǎo)率分布；并且 所述處理器(53)用于在電導(dǎo)率分布和電極位置信息的基礎(chǔ)上推斷受檢查體積內(nèi)可能存在的至少一處材料邊界的位置。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括 電流饋送和測(cè)量裝置(53)，被設(shè)置用于利用電阻抗層析成像EIT或電阻率層析成像ERT來執(zhí)行饋送和測(cè)量步驟。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括 設(shè)置在探測(cè)器組的至少一個(gè)探測(cè)器(40，52，52a，52b)上的電極(41” 52J，以使電極(41i，52i)間的向量跨越一個(gè)三維子空間。
14.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括 設(shè)置在至少兩個(gè)分離的探測(cè)器(52a，52b)上的電極(52ia’b)，每一個(gè)探測(cè)器上的電極都基本被安置在一條直線上。
15.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括 所述處理器(53)被設(shè)置用于在計(jì)算中使用標(biāo)準(zhǔn)反演問題的ID-σ方法來求解邊界的平面輪廓。
16.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括 所述處理器(53)被設(shè)置用于通過機(jī)器學(xué)習(xí)方法確定用于表示邊界的預(yù)期數(shù)值的電壓或電流測(cè)量值的函數(shù)。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括 所述處理器(53)被設(shè)置用于將由仿真獲得的結(jié)果用作機(jī)器學(xué)習(xí)方法中的訓(xùn)練材料。
18.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于使用的機(jī)器學(xué)習(xí)方法是多層感知器MLP網(wǎng)絡(luò)。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng),其特征在于通過使用Levenberg-Marquardt算法來訓(xùn)練MLP網(wǎng)絡(luò)。
20.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括 所述測(cè)量裝置(53)用于通過估算每一個(gè)電極(41” 52,)和周圍材料之間的接觸阻抗以監(jiān)測(cè)電極的結(jié)垢。
21.一種用于檢測(cè)在包括至少一種材料的一定體積內(nèi)包含的一處或多處材料邊界的位置的計(jì)算機(jī)程序，其中至少部分體積是液體材料，其中使用進(jìn)一步包括至少一個(gè)探測(cè)器的一組探測(cè)器，并且其中包括至少一對(duì)電極的探測(cè)器組被安置在受檢查體積內(nèi)，所述計(jì)算機(jī)程序包括程序代碼，其在數(shù)據(jù)處理設(shè)備上運(yùn)行時(shí)被設(shè)置用于控制以下步驟 通過至少一對(duì)電極饋送電流或電壓，并從至少一對(duì)電極測(cè)量電流或電壓；并且 在計(jì)算中使用表達(dá)設(shè)置方式的測(cè)量幾何形狀，并且選擇計(jì)算中所需的計(jì)算算法； 其特征在于，探測(cè)器組中的至少三個(gè)電極被設(shè)置為受檢查體積中實(shí)質(zhì)上不同于直線的組件，探測(cè)器組中的所有電極都只位于液體材料的體積內(nèi)；并且其中所述計(jì)算機(jī)程序被進(jìn)一步設(shè)置用于控制以下步驟 在測(cè)量結(jié)果的基礎(chǔ)上計(jì)算 受檢查體積內(nèi)的電導(dǎo)率分布；并且 在電導(dǎo)率分布和電極位置信息的基礎(chǔ)上推斷受檢查體積內(nèi)的至少一處材料邊界的位置。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種用于在預(yù)期的測(cè)量體積內(nèi)檢測(cè)不同材料間邊界位置的方法、裝置和計(jì)算機(jī)程序。所述裝置使用至少一個(gè)測(cè)量探測(cè)器，探測(cè)器中電極的特征在于它們共同構(gòu)成不同于直線的組件。另外，也可以通過該組件觀測(cè)與組件相距更遠(yuǎn)距離的體積，以使測(cè)量能夠遠(yuǎn)程進(jìn)行，并且裝置在各種測(cè)量情況下都保持不受損。通過使用EIT測(cè)量并且應(yīng)用例如所謂的1D-σ方法或機(jī)器學(xué)習(xí)方法來檢測(cè)被測(cè)體積內(nèi)的電導(dǎo)率分布。因此即可監(jiān)測(cè)不同材料間可能存在的邊界位置或者例如不同材料層的厚度。
文檔編號(hào)G01V3/08GK102906550SQ201180011679
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月1日
發(fā)明者J·凱皮歐, M·瓦奧克恩, J·魯納寧, A·勒伊克恩 申請(qǐng)人:奧圖泰有限公司