1、两相流(或多相流)是一种广泛存在的混合流动模式。

2、随着工业生产水平的不断提高，对两相流参数进行测量的需要也越来越迫切，有关的研究受到国内外专家的普遍重视。

3、近年来发展起来的过程层析成象(Process Tomography,简称PT)技术是一种非常有潜力的两相流/或多相流检测手段[1,2].既可以利用它可视化测量的优势进行在线监测，观察流型，计算相含率，也有可能从它的直接测量信号中提取流型、相含率等信息。

(资料图片仅供参考)

4、 电阻层析成象(Electrical Resistance Tomography,简称ERT)技术是PT技术中的一种，ERT适用于两相流中的液相连续相的生产过程，如液－气泡混合过程、液固混合过程、旋涡分离过程以及化学反应过程等，对这些过程的分析研究或者在线定性/定量监测与控制等，ERT技术提供了一种高效、低成本的多维测量手段，是一种先进的高新检测技术，具有广阔的开发和应用前景。

5、 1 ERT技术的基本原理 ERT的所有理论都建立在似稳场假设的基础上。

6、在电磁场理论中，似稳场满足麦克斯韦微分方程组[3].似稳场遵循静态场的规律，即矢位A和电位分别满足Poisson方程和Laplace方程。

7、ERT系统敏感场满足第三类的稳场条件，可以用静态场的理论来描述和求解。

8、 ERT的实质就是运用一个物理可实现系统完成对被测物场特性分布f(r,)的雷登变换与雷登逆变换。

9、系统的工作过程就是根据特殊设计的敏感器阵列获得的物场信息(边界测量电压)，去求取物场内部的电压分布——投影数据，再采用定性/定量的图象重建算法求出被测物场的图象(电导分布信息)，进而从重建图象信息中提取物场的特征参数，为过程检测和控制提供依据。

10、 2 ERT的系统构成 由于不同媒质具有不同的电导率(电阻率的倒数)，求出敏感场的电导率分布便可获得物场的媒质分布信息。

11、因此其工作方式采用电流激励、电压测量。

12、当场内电导率分布变化时，电流场的分布会随之变化，导致场内电势分布变化，从而场域边界上的测量电压也要发生变化。

13、利用边界上的测量电压，通过一定的成象算法，可以重建出场内的电导率分布或反映电导率分布情况的灰度分布，实现可视化测量。

14、 典型的ERT系统包括用于激励测量的电极阵列、数据采集与处理单元、图象分析单元。

15、如图1所示。

16、 图1 典型ERT系统的构成 ERT系统的电极阵列由特殊设计的电极等间隔排布，控制单元(计算机)向数据采集单元发出指令，给某一对电极施加激励电流，在过程对象内部建立起敏感场。

17、测量边界上的电压信号，将得到的测量数据送图象重建单元，以适当的算法重建出对象内部的电导率分布，从而得到媒质分布图象(二维或三维)。

18、最后送图象分析单元，对图象的物理意义加以解释，提取有关的特征参数，为过程控制或实验研究提供必要的依据。

19、 3 ERT技术特点 同其它PT技术相比，ERT技术具有以下特点： (1)被检测物场的连续相必须具有一定的导电性，一般必须是含有水的生产过程。

20、 (2)敏感阵列为非侵入式，由一系列等间隔排布的电极构成。

21、敏感阵列的设计对于敏感场的性能有直接的影响。

22、电极的设计、排布以及电极的性能是整个系统至关重要的一部分。

23、 (3)敏感场的激励信号为低频的交流恒流源。

24、激励信号的频率范围一般选用千到几数万赫兹。

25、频率过低容易引起电极的电化学反应，尤其对电解质溶液、腐蚀性溶液等等。

26、频率过高，电磁场感应及分布阻抗等会带来很强的测量噪声。

27、 (4)检测信号为弱的交流电压信号或其微小变化，要求测量电路必须具有高的灵敏度和信噪比。

28、 (5)敏感场存在软场(soft-field)效应。

29、敏感场分布要受到场内媒质(物场)分布的影响，敏感场与物场的相互作用为非线形，导致图象重建和图象分析的困难。

30、 (6)设计敏感电极阵列时，必须考虑电极阵列所形成的空间敏感场的非均匀性的影响，应尽可能使其灵敏度均匀性好。

31、 4 ERT技术的研究现状 作为PT技术的一个重要分支，目前ERT技术的研究主要集中在以下几个方面：敏感电极阵列的优化设计，硬件电路性能的提高，图象重建算法的改进，应用性的开发等等。

32、世界上从事过程ERT研究的以英国UMIST的PT小组较为领先，已经在搅拌器和旋流器[4]等实验装置上进行了应用研究，并开发出应用于金属容器的ERT系统[5].美国的Rensselaer Polytechnic Institute的Jones等人也在从事ERT技术应用于多相流检测的研究。

33、美国University of Arizona的d.***.labrecque等人将ERT应用于环境监测与整治的研究。

34、美国Lancaster University的Andrew Binley等人用ERT方法分析土壤和岩石的成分。

35、中国的天津大学徐苓安教授领导的PT小组着手开发的ERT技术为核心的在线监测系统，应用于精馏塔的实时观测。

36、浙江工学院开发出应用于土壤环境监测的大范围ERT系统；北京航空航天大学、东北大学也相继着手于成象算法、应用性的ERT系统的研究方面作了一些工作。

37、 当前国际上ERT技术在硬件电路方面已达到很高的指标，英国UMIST的ERT系统灵敏度可达4.88μV,共模抑制比为-70dB[6].成象算法方面也从定性研究进入到定量的MNR(牛顿-拉夫逊)算法，但这一算法需要高精度的场模型及高精度的测量数据，尚未实际应用。

38、目前还没有关于ERT敏感场空间分布的定量认识。

39、 5 ERT技术必须解决的问题及ERT技术展望 为实现定量测量并达到一定的精度，要求ERT系统能够提供高精度的重建图象，并能对重建图象的物理意义予以准确解释，如获得各种媒质准确的大小、形状、位置等详细的信息，以为过程控制提供依据，要求ERT技术的研究应在以下几个方面作出努力：①为ERT系统提供被测对象信息的硬件系统必须准确可靠，这就要求传感器材料的选择、加工的精度、数据采集系统的稳定性、精度等尽可能满足要求；②敏感场分布特性的认识和改进，尽可能改善敏感场灵敏度分布的均匀性。

40、实际上ERT系统的敏感场是三维非均匀分布的，简单地用二维场近似的分析实际的三维场势必要引起误差。

41、改进敏感电极阵列的设计使其灵敏度均匀性好，以改善敏感场的空间分布，使其具有二维场的分布特性；或是基于三维场描述敏感场特性研究媒质分布、重建图象算法及对图象的解释等等。

42、③高质量的图象重建算法及图象物理意义解释算法的开发也很重要。

43、图象重建算法主要是算法收敛性的改进和实时性的提高等方面。

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