Ανάπτυξη και σχεδίαση τρισδιάστατου αισθητήρα ηλεκτρικής τομογραφίας

Κυρίκος, Ευθύμιος; Kyrikos, Efthymios

dc.contributor.author	Κυρίκος, Ευθύμιος	el
dc.contributor.author	Kyrikos, Efthymios	en
dc.date.accessioned	2016-09-21T10:17:35Z
dc.date.available	2016-09-21T10:17:35Z
dc.date.issued	2016-09-21
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/43625
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.5961
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Συστήματα Αυτοματισμού”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Ηλεκτρική τομογραφία	el
dc.subject	Αισθητήρες	el
dc.subject	Μέτρηση χωρητικότητας	el
dc.subject	Μέτρηση ροής	el
dc.subject	Τομογραφία	el
dc.subject	Tomography	en
dc.subject	Electric tomography	en
dc.subject	Sensors	en
dc.subject	Capacitance measurement	en
dc.subject	Flow measurement	en
dc.title	Ανάπτυξη και σχεδίαση τρισδιάστατου αισθητήρα ηλεκτρικής τομογραφίας	el
dc.title	Design and development of a 3D electric tomography sensor	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Τομογραφία	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-06-28
heal.abstract	Η διαχείριση ενός κοιτάσματος υδρογονανθράκων βασίζεται στις μετρήσεις κατά τη διάρκεια της εξόρυξης. Οι μετρήσεις που λαμβάνονται εισάγονται ως είσοδοι σε μοντέλα πρόβλεψης ώστε να είναι διαθέσιμη κάθε χρονική στιγμή η κατάσταση του κοιτάσματος και να λειτουργεί η διαδικασία εξόρυξης με το βέλτιστο τρόπο. Γι’ αυτό το λόγο η επιτυχής διαχείριση εξαρτάται από την ποιότητα και το είδος των μετρήσεων. Η σκοπός της εργασίας είναι η ανάπτυξη μιας μεθόδου πρακτικής, γρήγορης και με ακριβή αποτελέσματα. Η μέθοδος της ηλεκτρικής τομογραφίας είναι κατάλληλη, όπως παρουσιάζεται, για όλα τα παραπάνω. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζονται όλες οι σύγχρονες μέθοδοι τομογραφίας για τη μέτρηση μιας πολυφασικής ροής. Στο κεφάλαιο γίνεται αντιληπτό πως οι συμβατικές μέθοδοι είναι μερικώς εφαρμόσιμες καθώς δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για όλες τις πιθανές γεωμετρίες. Αντίθετα, στη μέθοδο της ηλεκτρικής τομογραφίας τα ηλεκτρόδια μπορούν να κατανεμηθούν σε πολλές τοπολογίες με διαφορετικά σχήματα και μεγέθη που μπορούν να τοποθετηθούν πάνω σε οποιαδήποτε επιφάνεια καθιστώντας το σχήμα του αισθητήρα κατάλληλο για τη κάθε εφαρμογή. Στην εργασία έγινε εκτενής αναφορά στη διαδικασία σχεδιασμού της γεωμετρίας καθώς και μελέτη του τρόπου επηρεασμού του πεδίου που παράγεται. Στο δεύτερο κεφάλαιο, εξετάστηκαν ορισμένα βασικά ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των ρευστών. Η διαδικασία της ηλεκτρικής τομογραφίας περιλαμβάνει τη δημιουργία ενός ηλεκτρικού πεδίου που αλληλεπιδρά με τα υλικά εντός του χώρου παρακολούθησης. Ο σκοπός του κεφαλαίου ήταν η αναφορά ορισμένων φυσικών φαινομένων που δείχνουν τον τρόπο επηρεασμού του ηλεκτρικού πεδίου με την ύλη. Στη συνέχεια μελετήθηκε μια μέθοδος γραμμικοποίησης του μοντέλου του αισθητήρα και της κατασκευής του πίνακα ευαισθησίας. Η μέθοδος που εξετάζεται είναι γενικευμένη ώστε να υπάρχει η δυνατότητα εφαρμογής της και σε διαφορετικές γεωμετρίες. Για τον υπολογισμό του πίνακα ευαισθησίας μελετήθηκε και η αναλυτική συμπεριφορά του ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργείται εντός του αισθητήρα καθώς και ο τρόπος που επηρεάζει την ανάλυση της ανακατασκευασμένης εικόνας. Επιπλέον, αναπτύχθηκε μια μέθοδος μέτρησης των χωρητικοτήτων, μέσω της κατασκευής ενός lock-in ενισχυτή. Εξετάστηκαν τα επιμέρους κυκλώματα που απαρτίζουν το σύστημα, έγινε υπολογισμός καθενός στοιχείου και κατασκευή του συστήματος. Το σύστημα κατασκευάστηκε και έγινε σύγκριση των αποτελεσμάτων με πολύμετρο μέτρησης εμπέδησης του εργαστηρίου. Εξετάστηκε η μέθοδος λήψης, καταγραφής και αποθήκευσης των μετρήσεων καθώς και η διαδικασία ανακατασκευής της εικόνας μέσω διαφορετικών προσεγγίσεων και αλγορίθμων. Στο τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι μετρήσεις βάσει του συνολικού συστήματος που κατασκευάστηκε και έγινε εκτενής σύγκριση με τις αντίστοιχες προσομοιώσεις μέσω λογισμικού με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Παρουσιάζονται όλες οι εκτιμώμενες και οι μετρούμενες τιμές των χωρητικοτήτων και στο τέλος εμφανίζεται και η απεικόνιση της κάθε σειράς μετρήσεων όπως κατασκευάστηκε στο Matlab. Οι μετρήσεις και οι απεικόνιση έγιναν κάτω από εργαστηριακές συνθήκες με στατικές τοπολογίες καθώς η εργασία είχε στόχο τη μελέτη των παραμέτρων που επηρεάζουν τη γενικότερη σχεδίαση ενός συστήματος ηλεκτρικής τομογραφίας .	el
heal.abstract	The research documented in this Thesis was performed at the Metallurgy Lab of National Technical University of Athens. The object of this Thesis is the study and development of an electrical capacitance tomography system for the purpose of multiphase flow measurement. The management of a hydrocarbon reservoir is based on measurements made in the well during the extraction process. The available information taken from the measurements is used as input into forecast models of the reservoir, so as to operate the well in the most optimal way. The objective of this work is to develop a method for providing high quality measurements from the inside of oil wells. It is shown that electrical capacitance tomography is a suitable method for this purpose. In the first chapter the conventional tomography methods for the measurement of multiphase flow are presented. The conventional methods are partially applicable due to the high variance of geometries. In contrary, at the electrical capacitance tomography the sensors use electrodes at different topologies, shapes and sizes on any possible surface making the sensor shape suitable for a specific application. The design process and all the parameters who affect the behavior of the sensor are considered in the fourth chapter. In the second chapter the electrical characteristics of fluids are considered. Electrical capacitance tomography method uses electric fields inside the medium which interacts with the materials. The purpose of this chapter is the study of the physical phenomena which affect the behavior of a specific material with electricity. Subsequently, a linearization method for the sensor was developed for the creation of sensitivity matrix. The developed method was as general as possible to match all possible geometries. In addition, the study of electric field inside the sensor and how it affects the resolution of measurements was presented. For the successful image reconstruction, a reliable measuring method is needed. In the fifth chapter an AC-based method for capacitance measurement is developed using a lock-in amplifier. In this chapter all the sub circuits of lock-in amplifier are designed and simulated to match the desirable behavior. Moreover, there is a reference in measuring sequence protocols as well as the storage and recovering processes of data. Finally, some of the image reconstruction techniques are considered and compared. In the final chapter the measurements of the final system are presented and compared with simulations for different multiphase topologies. There are some charts showing the quality of the system with reference to simulations. Finally, the reconstructed images for each of those topologies are presented. The reconstructed images are created using Matlab software. The measurements and reconstruction were held under laboratory conditions using offline measurements.	en
heal.advisorName	Χριστοφόρου, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Τσαραμπάρης, Παναγιώτης	el
heal.committeeMemberName	Θεοδώρου, Νικόλαος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	125 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true