Walidacja modelu numerycznego czujnika pojemnościowego 3D

Abstract

The 3D image reconstruction is a complicated and time consuming computational job. There are few important problems solved during this multistage, iterative process which can significantly influence on the effectiveness of the image reconstruction. One of the most crucial parts of image reconstruction process is a computation of forward model which is simulation of capacitance data and an accuracy of this process depends on the method we are using for that. Typically finite elements method and numerical 3D ECT model is used for maximizing the accuracy of the forward problem. In this paper a new idea of complete numerical model of 3D ECT sensor has been presented with its preliminary validation based on experimental data. The complete model of 3D ECT sensor with full screening arrangement and other constructional details is able to improve forward problem solution accuracy and also improves matching between simulated and experimental capacitance data.

Rekonstrukcja obrazu trójwymiarowego w tomografii pojemnościowej jest złożonym zagadnieniem numerycznym. W trakcie tego wieloetapowego, najczęściej iteracyjnego procesu obliczeniowego wyznaczane są parametry rekonstrukcji niezbędne do prawidłowej optymalizacji trójwymiarowego obrazu tomograficznego. Jednym z kluczowych etapów iteracyjnego procesu rekonstrukcji jest zagadnienie proste polegające na wyznaczanie symulowanego wektora pojemności w oparciu o zadany rozkład przenikalności dielektrycznej. Dokładność wyznaczenia rozwiązania zagadnienia prostego ma istotny wpływ na jakość oraz szybkość rekonstrukcji obrazu i zależy od przyjętej metody jego wyznaczania. Przy zastosowaniu nieliniowej rekonstrukcji obrazu wektor pojemności wyznaczany jest numerycznie przy zastosowaniu metody elementów skończonych w oparciu o numeryczny model czujnika pojemnościowego. W niniejszym artykule przedstawiono koncepcję kompletnego modelu trójwymiarowego czujnika pojemnościowego oraz dokonano jego wstępnej walidacji w oparciu o dane eksperymentalne. Zastosowanie kompletnego modelu czujnika pojemnościowego, uwzględniającego system ekranowania oraz innych elementów wynikający z konstrukcji czujnika umożliwia poprawę dokładności wyznaczania symulowanego wektora pojemności i uzyskanie lepszej zbieżności obliczeń numerycznych z danymi eksperymentalnymi.