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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag January 18, 2020

Elektrische Kapazitätstomografie mit phantomabhängiger Adaptivität

Electrical capacitance tomography with phantom-dependent adaptivity
Christoph Kandlbinder-Paret

Christoph Kandlbinder-Paret erhielt 2015 sein Diplom in Umwelt- und Bioingenieurwissenschaften der Universität Bayreuth. Seit 2015 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Mess- und Regeltechnik der Universität Bayreuth. Seine Forschungsinteressen liegen im Bereich der elektrischen Kapazitätstomografie, der Impedanzspektroskopie und der kapazitiven Sensorik.

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, Alice Fischerauer

Alice Fischerauer erhielt 1989 ihr Diplom in Elektrotechnik von der Technischen Universität in München. Ab 1989 war sie wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Technischen Universität in Darmstadt, bis sie 1991 bei der Siemens AG in München in der Forschungs- und Entwicklungsabteilung arbeitete. Seit 2004 ist sie akademische Oberrätin am Lehrstuhl für Mess- und Regeltechnik der Universität Bayreuth. Ihre Forschungsinteressen liegen im Gebiet der elektrischen Kapazitätstomografie, der Impedanzspektroskopie und der akustischen Oberflächenwellen.

and Gerhard Fischerauer

Gerhard Fischerauer erhielt 1989 sein Diplom in Elektrotechnik von der Technischen Universität in München. Ab 1989 war er wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Technischen Universität in Darmstadt, bis er 1991 bei der Siemens AG in München in der Forschungs- und Entwicklungsabteilung arbeitete und promovierte. Seit 2001 ist er Lehrstuhlinhaber der Lehrstuhles für Mess- und Regeltechnik der Universität Bayreuth. Seine Forschungsinteressen liegen im Bereich der elektrischen Kapazitätstomografie, der Impedanzspektroskopie, der akustischen Oberflächenwellen und der Hochfrequenz-Sensorsysteme.

From the journal tm - Technisches Messen

Zusammenfassung

In der elektrischen Kapazitätstomografie (ECT) verbessert sich die Auflösung der rekonstruierten Permittivitätsverteilung mit der Elektrodenanzahl, wohingegen die Anzahl der Kapazitätsmessungen und die Messzeit steigt und das Signal-Rausch-Verhältnis sinkt. Um einen Kompromiss zwischen Elektrodenanzahl und Auflösung zu finden, haben wir ein phantomabhängiges Adaptionsverfahren untersucht, in dem grobe Messungen mit verbundenen Einzelelektroden, die quasi synthetische größere Elektroden darstellen, durchgeführt werden. Das Verfahren wurde anhand eines Kunststoffzylinders im Erfassungsbereich im Inneren eines Rohres getestet. Wir vergleichen die rekonstruierten Ergebnisse basierend auf den Kapazitäten zwischen sechs synthetischen Elektroden und zwölf elementaren Elektroden sowie mit dem Adaptionsverfahren, das sowohl die Kapazitäten zwischen den sechs synthetischen Elektroden als auch zwischen einigen der elementaren Kapazitäten auswertet. Die Permittivitätsverteilung wird mit dem projizierten Landweber-Algorithmus einerseits aus berechneten Kapazitäten (Simulation mit der Finite-Elemente-Methode, FEM) und andererseits aus gemessenen Kapazitäten rekonstruiert. Die Kapazitäten werden dabei für jeweils zwei Fälle bestimmt. Im ersten Fall werden die Elektroden, die gerade nicht Teil der betrachteten Kapazität sind, geerdet, im zweiten Fall sind sie potentialfrei. Die Ergebnisse zeigen, dass im Erdungsfall die Rekonstruktionsergebnisse der gemessenen Kapazitäten mit dem Adaptionsverfahren sogar verbessert werden können. Im potentialfreien Fall und bei den Simulationen konnte das Phantom nur mit einer Verschlechterung der Auflösung dargestellt werden.

Abstract

In electrical capacitance tomography (ECT), the resolution of the reconstructed permittivity distribution improves with the number of electrodes, while the number of capacitance measurements and the measurement time increase and the signal-to-noise ratio decreases. In order to find a compromise between the number of electrodes and the resolution, we have investigated a phantom-dependent adaptation method in which rough measurements are made with connected single electrodes, which are quasi-synthetic larger electrodes. The method was tested using a plastic cylinder in the detection region inside a pipe. We compare the reconstructed results based on the capacitances between six synthetic electrodes and twelve elemental electrodes as well as with the adaptation method, which evaluates both the capacitances between the six synthetic electrodes and between some of the elementary capacitances. The permittivity distribution is reconstructed with the projected Landweber algorithm from calculated capacitances (simulation with the finite element method, FEM) on the one hand and from measured capacitances on the other hand. The capacitances are determined for two cases. In the first case, the electrodes that are not part of the considered capacitor are grounded, in the second case they are floating. The results show that in the case of grounding, the reconstruction results of the measured capacitances can even be improved with the adaptation method. In the floating case and in the simulations, the phantom could only be reconstructed with a worse resolution.

Über die Autoren

Christoph Kandlbinder-Paret

Christoph Kandlbinder-Paret erhielt 2015 sein Diplom in Umwelt- und Bioingenieurwissenschaften der Universität Bayreuth. Seit 2015 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Mess- und Regeltechnik der Universität Bayreuth. Seine Forschungsinteressen liegen im Bereich der elektrischen Kapazitätstomografie, der Impedanzspektroskopie und der kapazitiven Sensorik.

Alice Fischerauer

Alice Fischerauer erhielt 1989 ihr Diplom in Elektrotechnik von der Technischen Universität in München. Ab 1989 war sie wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Technischen Universität in Darmstadt, bis sie 1991 bei der Siemens AG in München in der Forschungs- und Entwicklungsabteilung arbeitete. Seit 2004 ist sie akademische Oberrätin am Lehrstuhl für Mess- und Regeltechnik der Universität Bayreuth. Ihre Forschungsinteressen liegen im Gebiet der elektrischen Kapazitätstomografie, der Impedanzspektroskopie und der akustischen Oberflächenwellen.

Gerhard Fischerauer

Gerhard Fischerauer erhielt 1989 sein Diplom in Elektrotechnik von der Technischen Universität in München. Ab 1989 war er wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Technischen Universität in Darmstadt, bis er 1991 bei der Siemens AG in München in der Forschungs- und Entwicklungsabteilung arbeitete und promovierte. Seit 2001 ist er Lehrstuhlinhaber der Lehrstuhles für Mess- und Regeltechnik der Universität Bayreuth. Seine Forschungsinteressen liegen im Bereich der elektrischen Kapazitätstomografie, der Impedanzspektroskopie, der akustischen Oberflächenwellen und der Hochfrequenz-Sensorsysteme.

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Erhalten: 2019-09-10
Angenommen: 2019-12-19
Online erschienen: 2020-01-18
Erschienen im Druck: 2021-01-26

© 2021 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston

Downloaded on 9.12.2022 from https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/teme-2019-0132/html
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