전기 캐패시턴스 볼륨 단층 촬영

전기 캐패시턴스 볼륨 단층촬영(ECVT)은 주로 다중 효소 흐름에 적용되는 비침습성 3D 영상 기술이다.W.워리토, Q. 마라시데, L.-S가 처음 도입했다.기존^[1] 전기 캐패시턴스 단층 촬영(ECT)의 연장선으로서의 팬.기존 ECT에서는 센서 플레이트가 관심 표면 주위에 분포한다.플레이트 조합 간 측정된 캐패시턴스는 재료 분포의 2D 영상(토모그램)을 재구성하는 데 사용된다.ECT에서 플레이트 가장자리의 프링 장(fringing field)은 최종 재구성된 영상에 대한 왜곡의 근원으로 간주되어 가드 전극에 의해 완화된다.ECVT는 이 프링 필드를 활용하고 3차원 모두에서 전기장 변동을 의도적으로 설정하는 3D 센서 설계를 통해 확장한다.영상 재구성 알고리즘은 ECT와 성격이 비슷하다. 그럼에도 불구하고 ECVT의 재구성 문제는 더 복잡하다.ECVT 센서의 민감도 매트릭스는 ECT에 비해 상태가 더 좋지 않고 전반적인 재구성 문제가 더 심각하다.센서 설계에 대한 ECVT 접근방식은 원주형 형상을 직접 3D 영상화할 수 있다.이는 개별 ECT 센서의 영상 쌓기에 의존하는 3D-ECT와는 다르다. 또한 ECT 측정의 일련의 시간 간격에서 프레임을 쌓아서 3D-ECT를 달성할 수 있다.ECT 센서 플레이트는 도메인 단면 순서에 따라 길이가 필요하므로 3D-ECT는 축 치수에서 필요한 분해능을 제공하지 않는다.ECVT는 영상 재구성으로 직접 이동하여 스택 접근 방식을 피함으로써 이 문제를 해결한다.이것은 본질적으로 3차원적인 센서를 사용함으로써 달성된다.null

역사

전기 캐패시턴스 볼륨 단층 촬영은 W.워시토와 L.-S에 의해 처음 도입되었다.2003년 Banff Canada에서 열린 Process Tomography에서 제3차 세계대회에서 발표자로 참여하십시오.^[2]이 용어는 W.워리토, Q.마라슈데, L.S가 제출한 특허에서 2005년에 만들어졌다.이전과 기술을 구별하기 위해 볼륨에 중점을 두고 2D Tomogram(토모그램)을 서로 쌓아 유사 3D 이미지를 만드는 3D-ECT라는 형태의 지속적인 개발을 강조하는 팬^[3].이 전통적인 3D-ECT 접근방식은 상당한 길이의 ECT 전극이 그러한 3D 영상의 축방향 해상도에 큰 불이익을 주었기 때문에 3D 영상의 사용을 제한했다.ECVT는 이러한 한계에 대한 해결책으로 등장했다.ECVT는 센서 설계의 함수인 전기장의 X, Y, Z 구성요소를 이용하여 직접 3D 영상을 제공한다.2003년 원본 발표 이후 Q의 출판이 이어졌다.마라시데와 F.2004년에 그들은 새로운 센서에 대한 민감도 매트릭스를 만드는 방법을 도입했다.^[4][5]이 새로운 형태의 기술은 2005년 특허 출원 전까지 3D-ECT라고 불렸고, 거기서 ECVT로 구별되었다.이후 2007년 이 기술의 과학적 배경을 상세히 기술한 저널 논문이 발표되었고,^[1] 같은 해 ECVT 개발의 연대순도 저널 출판물에 발표되었다.^[6]null

원칙

ECVT의 캐패시턴스 및 필드 방정식

서로 다른 $전위{\displaystyle }$ V ${\displaystyle V}$에 고정되고$$ 유한한 거리로 분리되는 두 개의 금속 전극은 이들 사이의 영역과 주변 영역에 전기장$$ $E{\displaystyle }$ ${\displaystyle E}$을(를) 유도한다.자기장 분포는 문제의 기하학적 구조와 허용률 $\epsilon {\displaystyle }$ ${\displaystyle \varepsilon }$ 및 conductivity$display$ {\displaystyle \$sigma }$과 같은$$ 구성 매체 특성에 의해 결정된다$.$ 정전기 또는 준정전기적 체제와 완벽한 절연체와 같은 무손실 유전적 매체의 존재 여부.플레이트 사이의 이온, 장은 다음 방정식을 따른다.

$\displaystyle \varla .(\varpsilon \varpi )=0}$

여기서 $\phi {\displaystyle }$ ${\displaystyle \varphi }$은 전위 분포를 나타낸다$$.균일한 $\epsilon {\displaystyle }$ ${\displaystyle \varepsilon }$을(를) 갖는 균일한 매체에서 이 방정식은 라플라스 방정식으로 감소한다$.$물과 같이 전도성이 유한한 손실성 매체에서, 장은 일반화된 암페어 방정식에 따른다.

$H=\sigma E+j\omega \varepsilon E}$

이 방정식의 분산을 취하고 $E{\displaystyle }$= -${\displaystyle \mathrm{}-}$ ${\displaystyle \phi }$ ${\displaystyle E=-\nabla \varphi }$을(를) 사용하여 다음과 같이 한다$.$

$\displaystyle \nabla .(\displaystyle \bairepsilon )\basla \varphi )=0}$

플레이트가 $주파수{\displaystyle }$Ω {\$displaystyle \omega$}을$($를$)$ 갖는 시차 전압 전위에 의해 흥분될 때.

캐패시턴스 $C{\displaystyle }$ ${\displaystyle C}$은 매체에 저장된$$ 전기 $에너지{\displaystyle }$ W ${\displaystyle W}$의 측정값으로$$, 다음과 같은 관계를 통해 정량화할 수 있다.

${\displaystyle W={\frac {1}{1}{1}:{2}}\int _{}^{}\varepsilon E^{2}\,dv={\frac{1}{2}}CV^{2}}$

여기서 $E{\displaystyle {}^{}}$ ${\displaystyle {2\mathrm{}}^{}}$ ${\$ E$^{2}}$는 전기장의 제곱 규모다$$.위의 적분에서의 전기장 분포도 $\epsilon {\displaystyle }$ ${\displaystyle$ $\varepsilon }$의 함수이기 때문에$$ 정전용량은 유전 허용률 $\epsilon {\displaystyle }$ ${\$displaystyle $\varepsilon }$의 비선형 함수로 변경된다$.$

소프트 필드 단층 촬영

소프트 필드 단층 촬영은 전기 캐패시턴스 단층 촬영(ECT), 전기 임피던스 단층 촬영(EIT), 전기 저항 단층 촬영(ERT) 등과 같은 영상 양식의 세트를 말하며, 여기서 전기(또는 자기) 자기장 라인은 매체에 동요가 있는 상태에서 변화를 겪는다.이는 X선 CT와 같은 하드필드 단층촬영술과 대조되는 것으로, 시험 대상자가 있을 때 전기장 라인이 변하지 않는다.소프트 필드 단층 촬영의 근본적인 특징은 코가 좋지 않다는 것이다.^[7]이는 하드 필드 단층 촬영에 비해 소프트 필드 단층 촬영에서 좋은 공간 분해능을 얻기 위해 재구성을 더욱 어렵게 만드는 데 기여한다.티호노프 정규화와 같은 여러 가지 기법을 사용하여 악화된 문제를 완화할 수 있다.^[8]오른쪽 그림은 ECVT와 MRI 사이의 영상 해상도 비교를 보여준다.

ECVT 측정 획득 시스템

ECVT 시스템의 하드웨어는 감지 전극 플레이트, 데이터 수집 회로, 컴퓨터 등으로 구성되어 전체 시스템을 제어하고 데이터를 처리한다.ECVT는 비접촉식 작동으로 인해 비침습적 영상 촬영장비다.실제 측정에 앞서 전극과 관심 영역 사이의 간격 있는 캐패시턴스와 절연 벽의 영향을 취소하기 위해 보정 및 표준화 절차가 필요하다.보정 및 정상화 후 측정은 두 개의 개별 전극이 관여하는 일련의 획득으로 나눌 수 있다. 하나는 일반적으로 10 MHz 미만의 준전기 정전기체에서 AC 전압원으로 흥분되는 반면, 다른 하나는 리설 측정에 사용되는 접지 전위에 배치되는 것이다.감전 전류나머지 전극은 또한 접지 전위에 위치한다.null

이 과정은 가능한 모든 전극 쌍에 대해 반복된다.TX와 RX 전극의 역할을 반대로 하면 상호호혜성으로 인해 동일한 상호 정전 용량이 발생한다는 점에 유의하십시오.결과적으로 플레이트 수가 N개인 ECVT 시스템의 경우 독립 측정 횟수가 N(N-1)/2와 같다.이 프로세스는 일반적으로 데이터 수집 회로를 통해 자동화된다.측정 시스템의 작동 빈도, 플레이트 수 및 초당 프레임률에 따라 하나의 전체 측정 사이클이 달라질 수 있지만, 이는 몇 초 이하의 순서로 이루어진다.ECVT 시스템의 가장 중요한 부분 중 하나는 센서 설계다.앞의 논의에서 알 수 있듯이, 전극의 수를 증가시키면 관심 영역에 대한 독립적인 정보의 양도 증가한다.그러나 이로 인해 전극 크기가 작아지고 신호 대 잡음 비율이 낮아진다.^[9]반면에 전극 크기를 늘린다고 해서 플레이트에 균일하지 않은 전하 분배가 발생하지 않아 문제의 코뼈가 손상될 수 있다.^[10]센서 치수는 감지 전극 사이의 간격에 의해서도 제한된다.이것들은 프린지 효과 때문에 중요하다.전극 사이에 가드 플레이트를 사용하는 것이 이러한 효과를 감소시키는 것으로 나타났다.ECVT 센서는 의도된 용도에 기초하여 축방향에 따라 단일 또는 그 이상의 레이어로 구성될 수 있다.ECVT를 사용한 볼륨 단층 촬영은 2D 스캔의 병합이 아니라 3D 디스카운트 복셀 민감도에서 얻는다.null

전극의 설계도 조사 중인 도메인의 형상에 따라 결정된다.일부 영역은 대칭 전극 배치를 사용할 수 있는 비교적 단순한 기하학적 구조(실린더럴, 직사각형 프리즘 등)가 될 수 있다.그러나 복잡한 기하학(코너 조인트, T자형 도메인 등)에는 도메인을 적절히 둘러싸기 위해 특수 설계된 전극이 필요하다.ECVT의 유연성은 감지 플레이트를 대칭적으로 배치할 수 없는 필드 어플리케이션에 매우 유용하다.라플라스 방정식은 특성 길이(헬름홀츠 방정식의 파장 등)가 없기 때문에, 준정적 체제 특성이 보존되는 한 ECVT 문제의 근본 물리학은 규모 면에서 확장 가능하다.null

ECVT를 위한 영상 재구성 방법

재구성 방법은 ECVT 이미징의 역 문제를 다룬다. 즉, 상호 캐패시턴스 측정에서 체적 허용도 분포를 결정한다.전통적으로 역문제는 Born 근사치를 사용하여 캐패시턴스와 재료의 허용률 방정식 사이의 (비선형) 관계의 선형화를 통해 처리된다.일반적으로 이 근사치는 작은 순발성 대비에만 유효하다.다른 사례의 경우 전기장 분포의 비선형성은 2D 영상 재구성과 3D 영상 재구성에 모두 도전장을 내밀어 재구성 방법이 보다 나은 영상 품질을 위한 적극적인 연구 영역으로 자리 잡게 된다.ECVT/ECT의 재구성 방법은 반복법과 비반복적(단일 단계) 방법으로 분류할 수 있다.^[8]비반복적 방법의 예는 선형 백 투영법(LBP)이며, 단수 값 분해와 티코노프 정규화에 기초한 직접법이다.이러한 알고리즘은 계산적으로 저렴하지만, 양적 정보가 없는 정확도가 떨어지는 이미지들이다.반복적 방법은 대략 투영 기반 방법과 최적화 기반 방법으로 분류할 수 있다.ECVT에 사용되는 선형 투영 반복 알고리즘으로는 뉴턴-Raphson, 랜드위버 반복과 급경사 대수 재구성 및 동시 재구성 기법, 모델 기반 반복이 있다.단일 단계 방법과 유사하게, 이러한 알고리즘은 또한 도메인 내부의 허용률 분포를 얻기 위해 투영에 선형화된 민감도 매트릭스를 사용한다.투영 기반 반복 방법은 일반적으로 비 반복 알고리즘보다 나은 이미지를 제공하지만 더 많은 계산 리소스를 필요로 한다.두 번째 반복 재구성 방법은 신경망 최적화 등 최적화 기반 재구성 알고리즘이다.^[12]이 방법들은 구현을 위한 복잡성과 함께 이전에 언급된 방법보다 더 많은 계산 자원이 필요하다.최적화 재구성 방법은 복수의 객관적 기능을 채택하고 반복적 프로세스를 사용하여 이를 최소화한다.결과 영상은 비선형적 성질의 아티팩트가 적으며 정량적 용도에 더 신뢰할 수 있는 경향이 있다.null

변위-전류 위상 단층촬영(DCPT)

변위-전류 위상 단층 촬영은 ECVT와 동일한 하드웨어에 의존하는 영상 촬영 양식이다.^[13]ECVT는 획득한 상호 진입 측정의 실제 부품(전도성 구성 요소)을 사용하지 않는다.측정의 이 구성요소는 관심 영역의 물질적 손실(전도성 및/또는 유전적 손실)과 관련이 있다.DCPT는 이 복잡한 가치 데이터의 작은 각도 위상 구성요소를 이용하여 전체 입장 정보를 이용한다.DCPT는 전극이 AC 전압으로 흥분한 경우에만 사용할 수 있다.그것은 물질적 손실을 포함하는 영역에만 적용되며 그렇지 않으면 측정 단계는 0이 된다(입장도의 실제 부분은 0이 된다).DCPT는 ECVT용으로 설계된 동일한 재구성 알고리즘과 함께 사용하도록 설계되었다.따라서 DCPT를 ECVT와 동시에 사용하여 ECT의 공간 상대적 허용률 분포와 함께 매체의 공간 접선 손실 분포를 이미지화할 수 있다.null

다중 주파수 ECVT 작동

다중 효소 흐름은 항상 복잡하다.이러한 다중 효소 흐름에서 위상 홀드업을 모니터링하고 정량화하기 위해 고급 측정 기법이 필요하다.ECT와 ECVT는 비교적 빠른 인수 속도와 비침해적 특성 때문에 흐름 모니터링을 위해 업계에서 널리 사용된다.단, 3상 이상의 상(예: 오일, 공기, 물의 조합)을 포함하는 다상유량에 대한 ECT/ECVT의 흐름 분해 및 모니터링 능력은 다소 제한적이다.다주파수 배설 및 측정은 그러한 경우에 ECT^[14] 영상 재구성에 이용되고 성공적으로 사용되어 왔다.다중 주파수 측정은 측정된 데이터의 응답에 대한 MWS(Maxwell-Wagner-Sillars) 효과를 흥분 주파수의 함수로 이용할 수 있다(예:^[14] 입장, 캐패시턴스 등).이러한 효과는 1982년 맥스웰에 의해 처음 발견되었고 후에 바그너와 실리아르에 의해 연구되었다.^[16][17]MWS 효과는 재료들 중 적어도 하나가 수행 중일 때 재료들 사이의 인터페이스에서 표면 이동 양극화의 결과물이다.^[14][18]전형적으로 유전 물질은 마이크로파 주파수에서 데비형 이완 효과를 나타낸다.그러나 MWS 효과(또는 MWS 양극화)의 존재로 인해 적어도 하나의 전도 단계를 포함하는 혼합물은 훨씬 낮은 주파수에서 이러한 이완을 보일 것이다.MWS 효과는 각 위상의 체적분율, 위상 방향, 전도도 및 기타 혼합물 매개변수와 같은 몇 가지 요인에 따라 달라진다.희석 혼합물을 위한 바그너 공식과^[19] 밀도가 높은 혼합물을 위한 브루게만^[20] 공식은 유효 유전 상수의 가장 주목할 만한 공식이다.하나이가 유효 유전체 상수의 브루게만 공식의 연장인 복합 유전체 상수를 공식화한 것은 복합 유전체 상수에 대한 MWS 효과를 분석하는 데 중요한 역할을 한다.복잡한 유전체 쓰기의 공식은 다음과 같다.

${\displaystyle \left({\frac {\varepsilon _{1}^{*}-\varepsilon _{2}^{*}}{\varepsilon _{1}^{*}-\varepsilon ^{*}}}\right)^{3}{\frac {\varepsilon ^{*}}{\varepsilon _{2}^{*}}}={\frac {1}{(1-\phi )^{3}}}}$

여기서 $\epsilon {\displaystyle {}_{}^{}}$ $∗{\$$\epsilon {\displaystyle {}_{}^{}}$ ${\displaystyle {2\mathrm{}}_{}^{}}$ ${\displaystyle {}_{}^{}}$ ${\$${\$은 분산상$$, 연속상, 혼합물의 복합 유효 permitivity이다.${\displaystyle \varphi }$ ${\displaystyle \phi }$은(는) 분산 단계의 볼륨 비율이다.null

MWS 효과로 인해 혼합물이 유전적 이완을 보일 것이라는 것을 안다면, 이 추가 측정 차원을 이용하여 최소한 한 단계 이상의 단계를 수행할 때 다중 효소 흐름을 분해할 수 있다.오른쪽 그림은 실험 데이터에서 MWS 효과를 착취해 추출한 유량 모델, 전도 위상, 비전도 위상의 재구성 영상을 보여준다.null

ECVT 벨로시메트리

벨로시메트리(Velocimetry)는 유체의 속도를 측정하는 데 사용되는 기법을 말한다.감도 구배를^[11] 사용하면 ECVT 센서를 사용하여 3D 속도 프로파일을 재구성할 수 있으며, 이는 유체 역학 정보를 쉽게 제공할 수 있다.감도 구배는 다음과 같이 정의된다.

${\displaystyle F=\nabla S={\hat{a}_{x}{\frac {\partial s}{\partial x}}{\partial s}{a}}{\partial y}}{\partial y}{a}}}{z}}}{partial S}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}{\part\partb.$

여기서 $S{\displaystyle }$ ${\displaystyle S}$은(는) 오른쪽에 표시된 ECVT 센서의 감도 분포다.에서 설명한 감도 구배를 적용하면 위 그림에 해당하는 3D 및 2D 속도 프로파일이 오른쪽 그림에 표시된다.^[11]null

감도 그라데이션의 적용은 더 전통적인(교차 상관 기반) 벨로시메트리에 비해 현저한 개선을 제공하며, 더 나은 영상 화질을 보이고 계산 시간이 덜 소요된다.감도 그라데이션 기반 벨로시메트리의 또 다른 장점은 ECVT에서 사용되는 기존의 영상 재구성 알고리즘과의 호환성이다.null

이점

모듈러

ECVT 센서의 기본 요건은 간단하며 따라서 설계 시 매우 모듈적일 수 있다.ECVT 센서는 전도성 전극만 필요로 하며, 이 전극은 서로 전기적으로 절연되며 ECVT 센서에 의해 검사되는 매체를 통해 단락되지 않는다.또한 각 전극에 신호를 흥분시키고 감지할 수 있는 방법이 있어야 한다.센서 설계에 제약이 없기 때문에 다양한 재료로 제작할 수 있으며 유연한 벽면, 고온 성능, 고압 성능, 얇은 벽면, 팔꿈치 및 평탄한 센서 등 다양한 형태를 취할 수 있다.AECVT 기술이 추가되면서 새로운 센서를 제작할 필요 없이 센서 전극 구성도 모듈화된다.null

세이프

ECVT는 저에너지, 저주파, 비방사성으로 독성 폐기물, 고전압 또는 전자기 방사선이 우려되는 어떤 상황에서도 안전하게 채용할 수 있다.이 기술의 낮은 에너지 특성도 전력 공급이 부족한 원격지에도 적합하다.많은 경우에, 간단한 태양열 배터리는 ECVT 장치에 전력을 공급하기에 충분한 것으로 입증될 수 있다.null

확장 가능

ECVT는 매우 큰 파장에서 작동하며, 일반적으로 전극을 흥분시키기 위해 10 MHz 이하의 주파수를 사용한다.이러한 긴 파장은 준정전기 체제에서 이 기술을 작동시킬 수 있게 한다.센서의 직경이 파장의 길이보다 훨씬 작은 한, 이러한 가정은 유효하다.예를 들어, 2 MHz AC 신호로 흥분할 때 파장은 149.9 미터다.센서 직경은 일반적으로 이 한계보다 훨씬 낮게 설계된다.또한 캐패시턴스 강도 $C{\displaystyle }$ ${\displaystyle C}$은$($는) 전극 영역, $A{\displaystyle }$ ${\displaystyle A}$및 플레이트 사이의 거리, $d{\displaystyle }$ ${\displaystyle d}$또는 센서의 직경에 따라 비례적으로 조정된다.따라서 센서 직경이 커짐에 따라 플레이트 면적이 그에 따라 스케일링되면 주어진 센서 설계는 신호 강도에 미치는 영향을 최소화하면서 쉽게 스케일업 또는 스케일다운할 수 있다.null

${\displaystyle C\varpropto {\frac {A}{d}}}$

저비용 & 프로파일

감마선, X선 또는 MRI 기계와 같은 다른 감지 및 영상 장비에 비해 ECVT는 제조 및 운용 비용이 상대적으로 저렴하다.이 기술 품질의 일부는 폐기물을 포함하거나 높은 출력 출력을 절연하는 추가적인 메커니즘을 필요로 하지 않는 낮은 에너지 방출 때문이다.저렴한 비용에 센서를 제작하기 위한 다양한 재료의 가용성이 추가된다.또한 전자장치는 센서 자체로부터 원격으로 배치될 수 있어 센서가 극한의 온도 또는 일반적으로 전자 계측기 사용을 어렵게 하는 다른 조건에도 표준 환경 전자장치를 데이터 수집에 활용할 수 있다.null

높은 시간 분해능(고속)

일반적으로 ECVT와 함께 사용되는 데이터 수집 방법은 매우 빠르다.센서 설계의 플레이트 쌍 수와 데이터 수집 시스템의 아날로그 설계(시계 속도, 병렬 회로 등)에 따라 초당 수천 번씩 센서로부터 데이터를 샘플링할 수 있다.데이터를 매우 빠르게 수집할 수 있는 잠재력은 이 기술을 매우 빠르게 발생하거나 고속으로 운송하는 프로세스를 가지고 있는 산업에 매우 매력적으로 만든다.이는 MRI가 공간 분해능은 높지만 시간 분해능은 매우 낮은 것과 큰 대조를 이룬다.null

ECVT의 공간해결 과제

위에서 언급한 바와 같이, 공간적 해결은 ECT/ECVT에서 근본적인 도전이다.공간 분해능은 ECT/ECVT의 소프트 필드 특성과 ECT/ECVT의 질문 전기장이 본질적으로 준정전기라는 사실에 의해 제한된다.후자의 속성은 판들 사이의 잠재적 분포가 라플라스 방정식의 해법이라는 것을 암시한다.따라서 플레이트 사이의 잠재적 분포에 대해 상대적인 미니마나 최대치가 있을 수 없으며 따라서 초점은 생성될 수 없다.null

공간 해상도를 높이기 위해 두 가지 기본 전략을 추진할 수 있다.첫 번째 전략은 측정 데이터를 풍부하게 하는 것으로 구성된다.이는 (a) 합성 전극을 사용한 적응증 획득,^[10] (b) MWS 효과에 의한 주파수의 허용성 변동을 이용하기 위한 다중 주파수 연산,^[14] (c) 동일한 하드웨어(DCPT 등) 또는 추가 하드웨어(초단파 단층 촬영 등)에 기초하여 ECT/ECVT를 다른 감지 양식과 결합함으로써 이루어질 수 있다.공간 해상도를 높이기 위한 두 번째 전략은 사전 정보 및 훈련 데이터 세트를 통합한 다단계 영상 재구성 및 공간 적응성 개발에 있다.null

적용들

다상 유동

다상 흐름은 서로 다른 물리적 상태나 화학적 구성의 물질의 동시 흐름을 말하며 석유, 화학, 생화학적 산업에 많이 관여한다.과거에 ECVT는 산업 환경뿐만 아니라 실험실의 광범위한 다상 유량 시스템에서 광범위하게 시험되었다.^[9]온도조건과 압력조건이 다른 복잡한 기하학적 구조를 가진 시스템의 실시간 비침습적 공간 가시화를 비교적 낮은 비용으로 획득할 수 있는 ECVT만의 독특한 능력은 기초유체역학 연구와 대규모 가공산업에서의 응용 모두에 유리하게 만든다.이 두 가지 측면을 탐구하기 위한 최근의 연구 노력은 아래에 요약되어 있다.null

가스-솔리드

기체고체유체침대는 대표적인 기체고체유량계통으로 열과 질량이 월등히 우수하고 운반과 취급이 탄탄해 화학산업에 널리 채용돼 왔다.ECVT는 시스템 특성 측정 및 동적 거동 시각화를 위해 기체 고체 유동층 시스템에 성공적으로 적용되었다.예를 들어, 질식 전환 중 슬러그 형성이 ECVT에 의해 명확하게 기록되는 12채널 원통형 ECVT 센서를 가진 0.1m ID 기체 고체 순환 유동 침대의 질식 현상에 관한 연구가 있다.^[22]또 다른 실험에서는 0.05 ID 컬럼에서 거품이 이는 기체 고체 유동화를 연구하는데, 여기서 ECVT에서 얻은 고체 멈춤, 거품 모양 및 주파수는 MRI 측정을 통해 검증된다.^[23]또한 ECVT 센서 형상의 유연성은 기체 고체 원자로의 굽힘, 테이퍼링 및 기타 불균일한 부분의 영상촬영을 가능하게 한다.예를 들어 원통형 기체 고체화 침대로 침투하는 수평 가스 제트는 수정된 ECVT 센서로 이미징할 수 있으며, 유체화 침대의 거품이 있는 제트 결합 거동뿐만 아니라 제트의 침투 길이 및 폭과 같은 정보를 ECVT로부터 얻을 수 있다.^[24]null

또 다른 예는 기체 고체 순환 유동층(CFB)의 라이저와 벤드의 ECVT 영상이다.^[21]라이저와 벤드의 코어-앵글러스 흐름 구조와 벤드의 수평 부분의 고형 축적은 정량적 ECVT 영상에서 확인된다.null

가스-리퀴드

기체액체 기포기둥은 석유화학 및 생화학 공정에서 널리 사용되는 대표적인 기체액체 유량계통이다.부글부글 끓는 흐름 현상은 전통적인 침습적 측정 기법뿐만 아니라 계산 유체 동적 방법으로 광범위하게 연구되어 왔다.ECVT는 가스 유동장 전체의 실시간 정량적 시각화를 얻을 수 있는 독특한 능력을 가지고 있다.그 예가 버블 기둥에 있는 나선형 거품 플럼의 역학관계에 대한 연구다.^[26][25]ECVT는 거품 플럼의 나선 운동, 대규모 액체 포티스의 구조, 기체 멈춤 분포 등을 포착할 수 있는 것으로 나타났다.null

기체-액체 시스템에 ECVT를 적용하는 또 다른 예는 기체-액체 분리기의 연구인데,^[27] 기체-액체 혼합물이 수평 기둥에 접선으로 들어가 기체와 액체가 원심력에 의해 분리되는 소용돌이치는 흐름장을 생성한다.ECVT는 선박 내부의 액체 분포와 오프센터 가스 코어 표류 현상을 성공적으로 포착했다.정량적 결과는 기계론적 모델과 일치한다.null

기체-액체-고형

트롤레베드 원자로(TBR)는 대표적인 3상 기체-액체-고체계통으로 석유, 석유화학, 생화학, 전기화학, 수처리 산업에 응용이 가능하다.TBR에서는 가스와 액체가 동시에 포장된 고체 물질을 통해 아래로 흐른다.TBR은 기체와 액체 유량에 따라 유량, 맥동 유량, 분산-버블 유량 등 유량 체계가 다를 수 있다.ECVT는 TBR의 난류 펄스 흐름을 영상화하는 데 성공적으로 사용되었으며,^[28] 자세한 펄스 구조와 펄스 속도는 ECVT에서 얻을 수 있다.null

연소(고온 및 불꽃)

화학 산업의 가스 고체 흐름 시스템은 대부분 반응 운동학을 최적화하기 위해 높은 온도에서 작동한다.이런 가혹한 조건에서는 더 이상 많은 실험실 측정 기술을 이용할 수 없다.단, ECVT는 단순하고 견고한 설계와 비침습적인 특성 때문에 고온 적용 가능성이 있어 열저항을 위해 센서에 절연재를 삽입할 수 있다.현재 고온의 ECVT 기술은 급속한 개발이 진행 중이며 고온과 관련된 엔지니어링 문제를 해결하기 위한 연구 노력이 이루어지고 있다.null

ECVT는 최대 650 °C의^[29] 고온 환경에서 유체형 침대 원자로, 유체 촉매 균열 및 유체형 침대 연소 등에 사용되는 것과 같은 고온에서 유체형 침대를 이미지화하고 특성화하는 데 활용되었다.이 기술을 고온 유동 침대에 적용함으로써 온도가 침대의 흐름 거동에 어떤 영향을 미치는지 심층적으로 분석할 수 있게 되었다.예를 들어, Geldart 그룹 D 입자와 함께 기둥 높이 대 기둥 직경 비율이 큰 장타 유동 침대의 경우, 온도를 최대 650 °C까지 상승시키면 기체의 밀도와 점도를 변경할 수 있지만 슬러그 속도나 빈도와 같은 장타거동에는 거의 영향을 미치지 않는다.null

비파괴검사(NDT)

인프라 점검 업계에서는 임베디드 부품을 비침투적으로 검사하는 장비를 사용하는 것이 바람직하다.부식된 강철, 용수 침투 및 공기 공극과 같은 문제는 종종 콘크리트 또는 다른 고체 부재 안에 내장된다.여기에서 비파괴시험(NDT) 방법을 사용하여 구조물의 무결성을 훼손하지 않도록 해야 한다.ECVT는 이 분야에서 포스트 텐션 교량의 외부 힘줄의 비파괴 시험에 사용되어 왔다.^[30]이러한 구조물은 강철 케이블과 보호 그라우팅 또는 그리스로 채워져 있다.null

이 애플리케이션에서는 외부 힘줄 주위에 동원되고 원격 제어되는 ECVT 장치가 배치되어 힘줄 내부를 스캔한다.그러면 ECVT 장치는 힘줄 내의 그라우팅 또는 그리스 질에 대한 정보를 실시간으로 해독할 수 있다.또한 힘줄 내의 공기 공극이나 습기의 크기와 위치를 결정할 수 있다.힘줄 내의 공기 및 습기 포켓이 강철 케이블 부식 및 힘줄 고장으로 이어져 교량이 구조적 손상의 위험에 처할 수 있기 때문에 이러한 문제를 발견하는 것은 교량 검사자들에게 매우 중요한 과제다.null

참고 항목

• 전기 캐패시턴스 단층 촬영
• 전기 임피던스 단층 촬영
• 전기저항단층촬영
• 공정단층촬영

참조