一种提供包含具有不同电导率或导纳率的区域的结构（４６）的内部的图像的方法。在一个实施例中，一系列电信号集（Ｖｉ）施加于一系列电极，每个信号集产生旋转电场。从该电极（４４）获得电信号的测量集用于计算代表安置该电极（４４）所围绕的区域中的该结构的内部的电导率或导纳率分布。计算该分布的过程包括基于该分布限定成本函数（例如，能量函数）和正向模型，其将该电信号的测量集表达为关于电导率或导纳率的电压值中的变化的函数，并且要求该能量函数和基于该正向模型的函数之间的差别的偏导数等于零。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术大体上涉及图像重建，并且具体地涉及用于基于电阻抗断层摄影产生图像数据的方法。
技术介绍
电阻抗断层摄影(EIT)的原理基于了解被检查的介质具有电性质、例如电导率和电容率(permittivity)中的变化，其与例如密度或化学组成等物质特性高度相关。例如， 在人体中，在身体组织之中有显著的电导率变化。在工业活动和其他非临床应用中，执行非侵入监测和(有时)成像以确定主体体积的组成或表征特征的大小和形状或感兴趣对象内的其他状况是可取的。一般，EIT对于对由可区别的电性质所表征的体积内的特征进行成像是有用的。时常在具有不同密度的体积内的特征可以在该基础上被解析。例如，在多相流体混合物中，已知的是电导率将基于相(例如，液体或气体)或化学组成而变化。原理上，用相对简单的仪器执行的电测量可以提供指示特定物质位于体积中什么地方和不同组分的相对比例的数据。可以确定其相浓度的混合物的示例是例如浆体等固-液组成、例如在油管道线中存在的气-液组成和一般液-液和固-气-液混合物。混合物可以是静止或流动的。在流体流过管道的情况下，不同相的物质之中或具有不同化学性质的物质(例如，水和油)之间的电导率确定可以导致存在的相对体积的确定。在过去，管道中的液相和气相的体积分数基于电阻抗测量来推断。 关于EIT成像，通过沿被研究的主体的周边(例如，在沿管道的内表面的圆中)放置一系列电极来采集数据，这是常规的。参见美国专利号4，486，835 ；4, 539，640 ；4, 920，490 ；和 5，381，333，其中全部通过引用结合于此。在由前述文献描述的测量系统中，测量的电压或电流信号用于重建被研究的体积内的空间特征，使得可以产生代表该特征的图像。在这点上，存在常常称为逆问题的问题，其中可能没有唯一解，即对应于采集的数据的图像。为了克服此，向电极给予相对大量的激发模式集是必需的。利用该数据，应用算法来找到电导率分布。当电极沿穿过被研究的主体的平面安置时，算法可提供沿相同平面的电导率分布。一般，应用很多种数学方法和数值技术以确定类似于被检查的主体的电导率分布。需要大量计算以便产生有用图像分辨率。期望找到这样的技术，采用该技术可以使用在较短时间段中执行的较少计算来得到满意的图像产生，以便将基于EIT的图像重建用于更大量的商业应用。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，方法提供包含具有不同电导率的多个区域的结构的内部的图像。在一个实施例中，一系列电信号集顺序施加于一系列电极，每个信号集产生该结构内的旋转电场。从该电极获得电信号的测量集，该集用于计算代表安置电极安置所围绕的结构的区域中的结构内部的电导率分布。计算该电导率分布的过程包括基于该电导率分布限定成本函数(例如，能量函数)和正向模型，其将该电信号的测量集表达为关于电导率的电压值中的变化的函数，并且要求能量函数和基于该正向模型的函数之间的差别的偏导数等于零。参见下文的方程6-12。附图说明当下列详细说明参照附图(其中类似的符号在整个附图中代表类似的部件)阅读时，本专利技术的这些和其他特征、方面和优势将变得更好理解，其中图1是根据示例实施例的油生产设施的框图；图2是根据本专利技术的实施例的要使用的基于电阻抗断层摄影(EIT)的多相流量计的示意图；图3根据本专利技术的实施例的施加电压EIT系统的框图；以及图4是根据本专利技术的实施例的跨管道的电极的示意图和参考正弦波形。具体实施例方式现在在成像可以用于确定多相流(其中多个物质在管道或导管内流动)中的成分的比例的应用中描述本专利技术。本专利技术的实施例的功用是提供用于测量例如在油工业中使用的那些的多物质系统的特性以估计流过管道的油、水和烃类气体的分数和流速的系统和方法。尽管本专利技术参考在油/气体/水测量中的用途来描述，但它绝不限于这样的应用。相反，本专利技术可应用于很多种工业、卫生保健和化学过程，例如医学成像、癌症诊断和水处理过程。流过管道的物质可处于固体、液体和气体的物理状态中的多个。多相流动过程的准确表征实现了在石油、制药、食品和化学工业中使用的系统和处理设备的改进的设计和增加的操作效率。用于预测多相过程的性能的有关流动特性可包括例如相的空间分布(空间体积相分数)、流态、界面面积以及相或物质之间的绝对和相对速度。利用多相流动中的物质的非均勻空间分布的确定，管理和控制具有更可取的结果的过程变成可能。例如，在运送石油产品的管道线中，气体相对于液体组分的比例可最小化。在煤浆运输中，水对煤的体积比例可以优化以保证最大可达到的每单位体积能量含量。作为可应用以最优化制造过程的另一个示例，监测和减小经历化学反应或转换的物质的非均勻分布是重要的。这样的过程可具有物质之间减小的界面面积(由于例如使形成空间非均勻反应区或浓度的流动再循环)。从而体积相分数和关联成分的实时了解实现了多相流动的及时和有效控制。然而，产生这样的表征的计算要求可增加过度的复杂性并且可延迟实现正被监测的过程的及时控制所需要的响应时间。由于该原因，现有系统中的许多依赖近似法以确定物质比例和表征多相系统中的物质的分离。在过去，使用EIT的图像重建已经基于顺序提供输入信号给电极对以及在一个或多个其他电极感测信号。例如，电流可在电极对之间流动，一次一对，且电压在剩下的电极上测量。备选地，电压可跨电极对施加，一次一对，且电流在其他电极中的一个或多个处测量。示例实施例配置成通过同时施加电流或电压于电极中的全部来快速产生相对大量的电数据。该施加的电流或电压可具有预先限定的相移或频移或可彼此在相方面是电的并且可具有幅度变化。在过去，已经需要较长处理时间来执行基于较大数目的施加于电极的电流或电压模式的重建。在另一方面，利用增加的数量的电数据的产生，实现更高的信噪比和更高的分辨率是可能的。当被检查的主体包括具有相对电容率或电导率中的小变化的成分时，这是特别有关的，因为需要相对更大数目的测量来提供必需的分辨率。参考在图1中图示的简化示意图，本专利技术的示例实施例针对具有连接到管道系统 14的多个油井1 的典型油生产设施10来描述。该管道系统14包括联接成接收来自每个井1 的流量Fi并且输出总流量F的生产管汇16。来自每个井的流量Fi在进入管汇16之前通过多相流量计(MPFM)IS并且可由阀系统控制以调整例如液相和气相的总比例。每个多相流量计是实现非常靠近井的未被处理的井流的测量并且从而可以提供井性能的连续监测的系统的一部分。由每个多相流量计系统处理的信息可用于更好的贮存器管理和流量控制。从油井1 抽运的流体通过生产管汇16发送到生产分离器20。测试分离器(没有示出)可与多相流量计系统结合，多相流量计系统超过测试分离器的一个优势是表征流动的组成所需要的缩短的时间。生产分离器20将从井抽运的油、气和水分离。生产分离器20可进一步包括一个或多个测量装置。测量装置可包括例如水流量计以测量从井抽取的水量或速率和乳状液计以测量从井抽取的油量。可包括另外的测量装置以监测井性能，包括井口压力传感器和温度计。接着参照图2的简化示意图，那里示出图像重建系统40，其包括基于电抗断层摄影(EIT)并且根据本专利技术的示例实施例基于电导率重建的MPFM18。然而，要理解，原理上， EIT图像重建可基于电导率和/或电容率(有时称为导纳率)。利用系统40，当电流本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种提供包含多个区域的结构（４６）的内部的图像的方法，所述多个区域具有影响电信号通过所述结构的传输的不同电导率或导纳率，所述方法包括：提供沿通过所述结构（４６）的平面的一系列电极（４４），其中所述电极（４４）沿所述结构（４６）的外部表面安置；提供一系列电信号集以用于输入到所述电极（４４），每个信号集包括用于输入到所述电极（４４）中的每个的电信号模式；顺序施加所述电信号集（Ｖｉ）中的每个于所述电极（４４），每个信号集的施加产生所述结构（４６）内的旋转电场；响应于每个信号集的施加，从所述电极（４４）获得电信号的测量集；用所述电信号的测量集计算代表安置所述电极（４４）所围绕的所述结构（４６）的区域中的所述结构（４６）内部的电导率或导纳率分布；以及确定代表包括两个或更多具有不同电导率或导纳率的区域的所述结构（４６）内部的图像数据，其中计算所述电导率或导纳率分布的过程包括：限定基于所述电导率分布的能量函数和正向模型，所述正向模型将所述电信号的测量集表达为关于电导率的电压值中的变化的函数，以及要求所述能量函数和基于所述正向模型的函数之间的差别的偏导数等于零。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：R·V·V·L·兰戈于，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US
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