- 技术原理
电阻层析成像 (Electrical Resistance Tomography, ERT) 是一种非侵入式高速成像技术，用于实时重建容器或物体内部电导率（或电阻率）的分布图像。该技术基于物质对电流传导性的差异，实现内部状态的可视化。
ERT 的过程遵循以下步骤：
电流激励： 系统通过安装在物体边界（例如管道或反应釜外壁）的多个电极中的一对，向内部物质注入一个微小、安全的激励电流 (I_in/I_out)。
电流场与电压测量： 注入的电流在内部物质中流动，形成一个电流场。电流路径（如图中弯曲的黑色线条所示）会根据内部不同物质或状态的电导率分布而发生改变。系统随后在其余所有未使用的电极对之间测量由此产生的边界电压 (V_measure)。
反问题求解与图像重建： 通过采集大量不同激励模式下的电流输入和电压输出数据，并利用复杂的数学算法来求解反问题。这些算法将边界测量数据转化为内部物质的电导率分布图，即实时显示的内部层析图像。
- 技术特点
1. 传感器技术特点：左图所示，传感器（黄色部分）是内嵌于管壁（深蓝色部分）的内侧，与被测介质（虚线区域）接触，但是它不向被测介质中伸入任何机械探头或部件，因此：
- 不会干扰内部介质的流动状态、速度场或物质分布。
- 电极直接与被测介质接触，电流能更直接、高效地注入介质，信号损耗小。
- 降低机械磨损和电极沾污的风险。
2. 采集和成像系统技术特点：
- 高时间分辨率：很强的动态成像能力，可实时捕捉介质分布的动态变化，时间分辨率通常在 0.1到1毫秒级别，适用于监测流态、混合过程等动态场景。
- 低空间分辨率特性：受限于电阻信号的空间灵敏度分布，成像分辨率通常为毫米级（取决于测量区域大小），相比光学或核磁共振成像较低，但足以满足工业过程监测需求。
- 功能演示
水桶实验
在电阻层析成像（ERT）研究领域，水桶实验是开展ERT研究的典型实验方法：
- 实验装置：左侧图中，白色圆形水桶周围分布着多个电极，这些电极通过红色连接件与铜质导线相连，而电极是 ERT 系统里施加激励电流、测量电位的关键部件。
- 操作过程：实验人员手持白色绝缘圆柱体，将其放入盛有水的桶中。由于绝缘圆柱体和水的电阻率（或电导率）存在差异，会改变桶内介质的电阻率分布。
- 成像结果：右侧的二维电阻抗成像以彩色热图呈现，不同颜色代表不同的电阻率数值，能清晰看到因白色圆柱体放入而产生的电阻抗变化区域（红黄区域）。
- 典型应用场景
固液两相流
电阻层析成像（ERT）是疏浚和泥浆输送过程中的关键监测工具，实现了对固相浓度的非核（Non-Nuclear）测量，解决了传统方法依赖放射源的限制。
该技术通过安装在管道外部的传感器，利用液相和固相（如水和泥沙）之间巨大的电导率差异，实时重建管道内部的固相分布截面图像。ERT 不仅能高精度地测量固相体积浓度，更重要的是能可视化泥沙在管道底部的沉降（分层流）或局部高浓度团块。这使操作员可以即时调整泵送参数，有效预防管道堵塞，优化泵送效率，并显著减少管道磨损；在保障作业效率的同时，提供了更安全、环保的监测替代方案。
粤公网安备44030002006196号