TRÓJWYMIAROWA WIZUALIZACJA STRUKTUR PRZEPŁYWÓW DWUFAZOWYCH PRZY UŻYCIU ELEKTRYCZNEJ TOMOGRAFII POJEMNOŚCIOWEJ – ALGORYTMY I OPROGRAMOWANIE

This paper presents the software for comprehensive processing and visualization of 2D and 3D electrical tomography data. The system name as TomoKIS Studio has been developed in the frame of DENIDIA international research project and has been improved in the frame of Polish Ministry of Science and Higher Education Project no 4664/B/T02/2010/38. This software is worldwide unique because it simultaneously integrates the process of tomographic data acquisition, numerical FEM modeling and tomographic images reconstruction. The software can be adapted to specific industrial applications, particularly to monitoring and diagnosis of two-phase flows. The software architecture is composed of independent modules. Their combination offers calibration, configuration and full-duplex communication with any tomographic acquisition system with known and open communication protocol. The other major features are: online data acquisition and processing, online and offline 2D/3D images linear and nonlinear reconstruction and visualization as well as raw data and tomograms processing. Another important ability is 2D/3D ECT sensor construction using FEM modeling. The presented software is supported with the multi-core GPU technology and parallel computing using Nvidia CUDA technology.W artykule autorzy przedstawiają środowisko komputerowe do kompleksowego przetwarzania i wizualizacji tomograficznych danych pomiarowych. Oprogramowanie  TomoKIS Studio powstało w Instytucie Informatyki Stosowanej PŁ w ramach projektu DENIDIA i zostało rozwinięte w ramach projektu MNiSW nr 4664/B/T02/2010/38. Zbudowane oprogramowanie jest unikalne w skali światowej, gdyż integruje w sobie proces pozyskiwania danych pomiarowych, modelowanie numeryczne oraz proces konstruowania obrazów tomograficznych, z możliwością adaptacji dla różnych aplikacji przemysłowych, w szczególności dla potrzeb monitorowania i diagnostyki przepływów dwufazowych gaz-ciecz. Architektura aplikacji oparta jest na zestawie niezależnych modułów, które pozwalają na w pełni dwukierunkową komunikacją, konfigurację oraz kalibrację dowolnego urządzenia tomografii elektrycznej z otwartym protokołem pomiarowym, akwizycję i przetwarzanie danych pomiarowych on-line, liniową oraz nieliniową rekonstrukcję obrazów 2D i 3D w czasie rzeczywistym, a także wizualizację surowych danych pomiarowych i tomogramów. Istotnym elementem systemu jest moduł numerycznego modelowania czujników pojemnościowych wykorzystujący metodę elementów skończonych, oparty na autorskich algorytmach generowania siatek MES komputerowych modeli czujników pojemnościowych. Architektura prezentowanego systemu została zaprojektowana przy użyciu obliczeń równoległych na procesorach graficznych, z wykorzystaniem technologii Nvidia CUDA

Two-phase flow structure identification based on fuzzy assesment of 3D tomographical imaging

Prezentowany artykuł przedstawia wyniki prac nad systemem automatycznego rozpoznawania przepływów dwufazowych gaz-ciecz w rurociągach poziomych i pionowych. Opiera się on na logice rozmytej przy ocenie obrazów przestrzennych z tomografii 3D a następnie na przyporządkowaniu uzyskanych ocen do jednej z klas przepływu.The following paper presents results of research on automated two-phase flow pattern identification, which is based on a fuzzy assessment of registered spatial images. Such images are obtained from 3D tomography reconstruction algorithms and for each a set of fuzzy-based features is calculated. Finally, acquired features are used to classify obtained image to one of flow regime structures

Application of optoelectronic transducers to control the flow of two-phase liquid – gas mixture

Przedstawiono możliwość zastosowania przetworników optoelektronicznych w przepływie dwufazowym mieszanin ciecz-gaz. System pomiarowy umożliwia określenie rodzaju przepływu, oszacowanie parametrów przepływu rzutowego: średnich długości pęcherzy gazowych i rzutów cieczy oraz ich średniej częstotliwości i liniowej prędkości przepływu. System może być wykorzystany do sterowania instalacją przepływową, w której odbywa się przepływ rzutowy.Application of optoelectronic transducers in two-phase flow of gas – liquid mixtures is presented. The described measurement system allows the identification of flow type (flow character) and the estimation of flow characteristic parameters in slug regime such as the average length of gas bubbles, liquid slugs and their average frequency, and also the linear velocity of these structures. The system can be used for the control of pipelines in which the slug flow is observed

Algorithm of time stamps distribution for data synchronization of various measurement systems

Badania opisane w artykule odnoszą się do zakończonego projektu naukowo – badawczego, którego celem było zbudowanie systemu pomiarowego do wyznaczania udziału faz w oparciu o trójwymiarową tomografię pojemnościową 3D ECT. W ramach tych prac przewidziano ocenę własności metrologicznych nowego systemu, w którym zastosowano równolegle wiele metod pomiarowych. Aby możliwe było dokładne porównanie wyników działań każdej z zastosowanych metod, potrzebne było opracowanie jednolitej usługi znaczników czasowych do synchronizacji danych pomiarowych pochodzących z różnych źródeł o różnej prędkości ich akwizycji. Artykuł opisuje zaprojektowany uniwersalny algorytm sieciowej usługi dystrybucji znaczników czasowych.The described in this paper research refer to the finished project which aimed to build the measurement system for phase distribution calculation and two phase flow structure identification based on 3D ECT system. In the frame of this work the metrological validation of the measurement system was done where many of various measurement technics were applied parallel. In order to analyse the measurement results, there was a need to design the unified service of time stamps distribution for measurement data synchronization. The measured data were collected with different speed. This paper presents the designed universal network algorithm of the time stamps distribution

Application of 3D electrical capacitance tomography for phase fraction determination and structures identification in two-phase flows

W procesach przemysłowych, w których bezpośrednie monitorowanie jest utrudnione, zastosowanie nieinwazyjnego systemu tomografii pojemnościowej dla identyfikacji struktur przepływów dwufazowych mieszanin gaz-ciecz oraz wyznaczenia udziału faz jest szczególnie ważne. W artykule przedstawiono wyniki badań poświęconych rozwojowi nowych nieinwazyjnych metod identyfikacji i wizualizacji struktur przepływów dwufazowych. Nowe możliwości, jakie niesie ze sobą zastosowanie komputerowych technik tomograficznych w pomiarach wielkości elektrycznych, wyznaczają dziś standardy w pomiarach dynamicznych. Proponowane rozwiązanie zakłada możliwość zastosowania systemu tomograficznego do pomiaru rozkładu koncentracji poszczególnych frakcji procesu. Opracowane algorytmy pozwoliły na szybką trójwymiarową wizualizację wnętrza rurociągów, w których występują przepływy mieszanin gaz-ciecz, poprzez uzyskanie w krótkim czasie obrazów oraz ich szybką analizę i identyfikację. Taka diagnostyka może być użyteczna w kontekście przemysłowych procesów monitorowania oraz sterowania przepływami mieszanin gaz-ciecz w systemach czasu rzeczywistego.In the industrial processes, where the direct monitoring is difficult, the application of the non-invasive electrical capacitance tomography system for the two-phase gas-liquid mixtures flow structures identification and the phase distribution calculation is of great importance. This paper presents the research results of development new non-invasive diagnostic methods. The new possibilities offered by the tomographic techniques applications for the purposes of the electrical quantities measurement, define today the standards of dynamic measurements. The proposed solution involves the possibility of applying the tomographic system to measure the fractions concentration distribution of the flow. The designed algorithms allowed the fast 3D visualization of the pipeline interior through the quick tomographic image reconstruction and their analysis and structure identification. The obtained diagnostic data could be useful in the context of monitor and control of the flow industrial facilities in the real time

Metrological evaluation of measurement system for two-phase flow fractions determination using 3D electrical capacitance tomography

Przemysłowe systemy diagnostyki i monitorowania potrzebują nowych narzędzi oferujących możliwości nieinwazyjnej obserwacji i analizy procesów przepływów dwufazowych mieszanin gaz-ciecz. Opracowany system pomiarowy dedykowany jest dla potrzeb nieinwazyjnego wyznaczania procentowego udziału faz oraz identyfikacji struktur w przepływach dwufazowych w rurociągach pionowych i poziomych. Artykuł prezentuje wybrane rezultaty prac badawczych, w wyniku, których dokonano oceny własności metrologicznych prototypowego systemu trójwymiarowej tomografii pojemnościowej. Prace badawcze obejmowały między innymi: zagadnienie optymalizacji struktury czujnika ECT, a także metrologiczną ocenę dokładności rekonstrukcji obrazu oraz wyznaczania procentowego udziału faz w porównaniu z innymi metodami. W wyniku przeprowadzonej analizy wykazano dużą przydatność systemu 3D ECT do nieinwazyjnego, szybkiego diagnozowania dynamicznych procesów przepływowych.The industrial diagnostic and monitoring systems require new methods offering the possibility of non-invasive observation and analysis of the two-phase gas-liquid mixtures flows. The designed new measurement system is dedicated for non-invasive percentage phase distribution calculation and flow structure identification in the vertical and horizontal pipelines. This paper presents some research results of the metrological validation of the designed three-dimensional capacitance tomography measurement system including: the 3D ECT sensor structure optimization, the metrological analysis of the image reconstruction process accuracy and the metrological analysis of the results of the phase distribution calculation method in comparison with other common technics. As a result of performed analysis the height capability of the 3D ECT measurement system for non-invasive real time dynamic flow processes identification was proved