विद्युत धारिता आयतन टोमोग्राफी

विद्युत धारिता आयतन टोमोग्राफी (ईसीवीटी) एक गैर-विस्तृत 3डी काल्पनिक तकनीक है जिसे मूल रूप से यूके और पोलैंड में विकसित किया गया था और मुख्य रूप से बहु-चरण प्रवाह पर प्रयुक्त किया गया था। इसके बाद डब्ल्यू.वारसीटो, क्यू.मारशदेह और एल.एस फैन द्वारा इसे पुनः प्रस्तुत किया गया था। यूके और पोलिश समूहों के प्रारम्भिक प्रकाशनों से प्रेरित एल.एस फैन ने पारंपरिक विद्युत धारिता टोमोग्राफी (ईसीटी) का विस्तार किया था। जिसको पारंपरिक ईसीटी में संवेदक प्लेट्स की सतह के आसपास वितरित किया जाता है। प्लेट संयोजनों के बीच मापी गई धारिता का उपयोग सामग्री वितरण की 2डी छवियों (टोमोग्राम) के पुनर्निर्माण के लिए किया जाता है। ईसीटी में प्लेटों के किनारों से निर्धारित क्षेत्र को अंतिम पुनर्निर्मित छवि के विरूपण के स्रोत के रूप में देखा जाता है और इस प्रकार गार्ड इलेक्ट्रोड द्वारा अपेक्षाकृत कम किया जाता है। ईसीवीटी इस निर्धारित क्षेत्र का लाभ उठाता है और इसे 3डी संवेदक डिज़ाइन के माध्यम से विस्तारित करता है जो सभी तीन आयामों में एक विद्युत क्षेत्र भिन्नता स्थापित करता है। छवि पुनर्निर्माण कलन विधि प्रकृति में ईसीटी के समान हैं और ईसीवीटी में पुनर्निर्माण की समस्या अधिक जटिल है। ईसीवीटी संवेदक की संवेदनशील क्षमता अधिक जटिल स्थिति में है और समग्र पुनर्निर्माण समस्या ईसीटी की तुलना में अधिक दुर्बल है। संवेदक डिजाइन के लिए ईसीवीटी दृष्टिकोण बाहरी ज्यामिति की प्रत्यक्ष 3डी काल्पनिक की छवि की स्वीकृति देता है। यह 3डी-ईसीटी से अलग है जो अलग-अलग ईसीटी संवेदक से छवियों को एकत्र करने पर निर्भर करता है। ईसीटी मापन के समय अंतराल के अनुक्रम से फ़्रेमों को एकत्र करके 3डी-ईसीटी भी पूरा किया जा सकता है। क्योंकि ईसीटी संवेदक प्लेटों को डोमेन अनुप्रस्थ काट के क्रम में लंबाई की आवश्यकता होती है। 3डी-ईसीटी अक्षीय आयाम आवश्यक विश्लेषण नहीं प्रदान करता है। ईसीवीटी प्रत्यक्ष छवि पुनर्निर्माण पर स्थापित और चितिकरण पद्धति से दूर करके इस समस्या को हल करता है। यह एक संवेदक का उपयोग करके पूरा किया जाता है जो स्वाभाविक रूप से त्रि-आयामी होता है।

इतिहास

विद्युत धारिता आयतन टोमोग्राफी पहली बार 2003 में बानफ कनाडा में संसाधित टोमोग्राफी में तीसरी विश्व कांग्रेस की प्रस्तुति में डब्ल्यू.वारसिटो और एलएस.फैन द्वारा प्रतुस्त की गई थी। यह शब्द 2005 में डब्ल्यू.वारसीटो, क्यू.मारशदेह और एल.एस फैन द्वारा एक आविष्कार में निर्मित किया गया था। इस तकनीक को पहले से अलग करने के लिए आयतन पर महत्व देने के साथ और 3डी-ईसीटी नामक एक रूप के चल रहे विकास जहां छद्म 3डी छवि बनाने के लिए 2डी टॉमोग्राम को एक दूसरे के ऊपर रखा जाता है। इस पारंपरिक 3डी-ईसीटी दृष्टिकोण ने 3डी काल्पनिक छवि के उपयोग को सीमित कर दिया क्योंकि ईसीटी इलेक्ट्रोड की महत्वपूर्ण लंबाई ने ऐसी 3डी छवियों के अक्षीय विश्लेषण पर एक बड़ा जुर्माना लगाया था। ईसीवीटी इस सीमा के समाधान के रूप में विकसित हुआ था। ईसीवीटी विद्युत क्षेत्र के X, Y और Z घटकों का दोहन करके प्रत्यक्ष 3डी काल्पनिक छवि प्रदान करता है जो संवेदक डिजाइन का एक फलन है। 2003 में मूल प्रस्तुतिकरण के बाद 2004 में क्यू.मारशदेह और एफ.टेक्सेरा द्वारा एक प्रकाशन किया गया था जहां उन्होंने इन नए संवेदक के लिए संवेदनशीलता आव्यूह बनाने के लिए एक विधि को प्रारम्भ किया। प्रौद्योगिकी के इस नए विकसित रूप को 2005 में पेटेंट प्रस्तुत करने तक 3डी-ईसीटी के रूप में संदर्भित किया गया था। जहां इसे ईसीवीटी के रूप में स्थापित किया गया था। बाद में 2007 में एक पत्रिका के रूप मे प्रकाशित किया गया था। जिसमें प्रौद्योगिकी के वैज्ञानिक अनुभव का विवरण दिया गया था और उसी वर्ष पत्रिका प्रकाशन में ईसीवीटी के विकास के कालानुक्रमिक (क्रोनोलॉजिकल) क्रम को भी प्रकाशित किया गया था।

सिद्धांत

ईसीवीटी में धारिता और क्षेत्र समीकरण

अलग-अलग विद्युत क्षमता $V$ पर रखे गए दो धातु इलेक्ट्रोड और एक परिमित दूरी से अलग होने पर उनके बीच और आसपास के क्षेत्र में विद्युत क्षेत्र $E$ उत्पन्न होगा। क्षेत्र वितरण समस्या की ज्यामिति और संवैधानिक माध्यम गुणों जैसे विद्युतशीलता ԑ और चालकता ᓂ द्वारा निर्धारित किया जाता है। प्लेटों के बीच के क्षेत्र में एक स्थिर या अर्ध-स्थैतिक शासन और दोषरहित आवरण के माध्यम की उपस्थिति जैसे कि एक पूर्ण अवरोधक (विद्युत) क्षेत्र मे निम्नलिखित समीकरण का अनुसरण करता है:

$\nabla .(\varepsilon \nabla \varphi )=0$

जहाँ $\varphi$ विद्युत संभावित वितरण को दर्शाता है। अपरिवर्तनशीलता के साथ एक सजातीय माध्यम में $\varepsilon$ यह समीकरण लाप्लास समीकरण को अपेक्षाकृत कम करता है। जैसे परिमित चालकता वाले हानिपूर्ण माध्यम में, क्षेत्र एम्पीयर के परिपथीय नियम का अनुसरण करता है:

$\nabla \times H=\sigma E+j\omega \varepsilon E$

प्रायः यह इस समीकरण का विचलन करके और इस तथ्य का उपयोग करके $E=-\nabla \varphi$ का अनुसरण करता है:

$\nabla .((\sigma +j\omega \varepsilon )\nabla \varphi )=0$

जब प्लेटें आवृत्ति के साथ समय-सजातीय वोल्टेज क्षमता $\omega$ से उत्तेजित होती हैं।

धारिता $C$ माध्यम में संग्रहीत विद्युत ऊर्जा $W$ की एक माप है, जिसे निम्नलिखित संबंध के माध्यम से निर्धारित किया जा सकता है:

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

जहाँ $E^{2}$ विद्युत क्षेत्र का वर्ग परिमाण है। धारिता परावैद्युत पारगम्यता $\varepsilon$ के एक अरैखिक फलन के रूप में परिवर्तित होती है क्योंकि उपरोक्त समाकल में विद्युत क्षेत्र वितरण भी $\varepsilon$ का एक फलन है।

सॉफ्ट-क्षेत्र टोमोग्राफी

सॉफ्ट-क्षेत्र टोमोग्राफी काल्पनिक रूप से समूह को संदर्भित करती है जैसे विद्युत प्रतिबाधा टोमोग्राफी (ईसीटी), विद्युत धारिता टोमोग्राफी (ईआईटी), विद्युत प्रतिरोधकता टोमोग्राफी (ईआरटी) आदि जिसमें विद्युत या चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं उपस्थिति में परिवर्तन माध्यम से गुजरती हैं। यह एक्स-रे सीटी जैसे उच्च क्षेत्र टोमोग्राफी के विपरीत है, जहां परीक्षण विषय की उपस्थिति में विद्युत क्षेत्र रेखाएं नहीं परिवर्तित होती हैं। सॉफ्ट-क्षेत्र टोमोग्राफी की एक मूलभूत विशेषता इसकी अस्पष्टता है। उच्च-क्षेत्र टोमोग्राफी की तुलना में सॉफ्ट-क्षेत्र टोमोग्राफी में अच्छे स्थानिक विश्लेषण को प्राप्त करने के लिए पुनर्निर्माण को और अधिक चुनौतीपूर्ण बनाने में योगदान देता है। कई तकनीकों जैसे कि तिखोनोव नियमितीकरण का उपयोग जटिल स्थिति को अपेक्षाकृत कम करने के लिए किया जा सकता है। दाईं ओर का आंकड़ा ईसीवीटी और एमआरआई के बीच छवि विश्लेषण में तुलना दिखाता है।

ईसीवीटी मापन अधिग्रहण प्रणाली

ईसीवीटी प्रणाली के हार्डवेयर में संवेदन इलेक्ट्रोड प्लेट्स, डेटा अधिग्रहण परिपथ और कंप्यूटर समग्र प्रणाली को नियंत्रित करने और डेटा को संसाधित करने के लिए होते हैं। ईसीवीटी अपने संपर्क रहित संचालन के कारण एक गैर-आक्रामक और गैर-विस्तृत काल्पनिक पद्धति है। वास्तविक माप से पहले एक अंशांकन और सामान्यीकरण प्रक्रिया अस्पष्ट धारिता के प्रभाव को नष्ट करने के लिए आवश्यक है। इलेक्ट्रोड और ब्याज के क्षेत्र के बीच किसी भी अवरोधक दीवार को चित्रित किया जाना चाहिए। अंशांकन और सामान्यीकरण के बाद माप को अधिग्रहण के अनुक्रम में विभाजित किया जा सकता है जहां दो अलग-अलग इलेक्ट्रोड सम्मिलित होते हैं: एक इलेक्ट्रोड (टीएक्स) अर्ध-इलेक्ट्रोस्टैटिक शासन में एसी वोल्टेज स्रोत से उत्साहित होता है। सामान्यतः 10 मेगाहर्ट्ज से नीचे, जबकि दूसरा इलेक्ट्रोड (आरएक्स) परिणामी धारा को मापने के लिए उपयोग की जाने वाली सतह क्षमता पर रखा गया है और शेष सभी इलेक्ट्रोड को भी सतह क्षमता पर रखा जाता है।

यह प्रक्रिया सभी संभावित इलेक्ट्रोड जोड़े के लिए दोहराई जाती है। ध्यान दें कि TX और RX इलेक्ट्रोड की भूमिकाओं को उत्क्रमित करने से पारस्परिकता के कारण समान पारस्परिक धारिता होती है जिसके परिणामस्वरूप, प्लेटों की N संख्या वाली ईसीवीटी प्रणालियों के लिए स्वतंत्र मापन की संख्या N(N-1)/2 के बराबर होती है। यह प्रक्रिया सामान्यतः डेटा अधिग्रहण परिपथ के माध्यम से स्वचालित होती है। माप प्रणाली के प्रति सेकंड संचालन आवृत्ति, प्लेटों की संख्या और फ्रेम दर के आधार पर एक पूर्ण माप चक्र भिन्न हो सकता है। हालाँकि यह कुछ सेकंड या उससे कम के क्रम में है। ईसीवीटी प्रणाली के सबसे महत्वपूर्ण भागों में से एक संवेदक डिज़ाइन है। जैसा कि पिछली चर्चा से पता चलता है कि इलेक्ट्रोड की संख्या बढ़ने से रुचि के क्षेत्र के विषय में स्वतंत्र जानकारी की आयतन भी बढ़ जाती है। हालांकि इसका परिणाम छोटे इलेक्ट्रोड आकार में होता है। जिसके परिणामस्वरूप अपेक्षाकृत कम ध्वनि संकेत अनुपात होता है। दूसरी ओर इलेक्ट्रोड के आकार को बढ़ाने से प्लेटों पर गैर-समान आवेश वितरण नहीं होता है, जो समस्या की दुर्भावना को बढ़ा सकता है। संवेदक आयाम भी संवेदन इलेक्ट्रोड के बीच अंतराल से सीमित है। फ्रिंज प्रभाव के कारण ये महत्वपूर्ण हैं। इन प्रभावों को अपेक्षाकृत कम करने के लिए इलेक्ट्रोड के बीच गार्ड प्लेटों का उपयोग दिखाया गया है। इच्छित अनुप्रयोग के आधार पर ईसीवीटी संवेदक अक्षीय दिशा के साथ एकल या अधिक परतों से बना हो सकता है। ईसीवीटी के साथ आयतन टोमोग्राफी 2डी अवलोकन के विलय से नहीं प्राप्त की जाती है लेकिन 3डी असंततकरण त्रुटि संवेदनशीलता से प्राप्त की जा सकती है।

जांच के अंतर्गत डोमेन के आकार से इलेक्ट्रोड का डिज़ाइन भी तय होता है। कुछ डोमेन अपेक्षाकृत सरल ज्यामिति (बेलनाकार, आयताकार प्रिज्म, आदि) हो सकते हैं जहां सममित इलेक्ट्रोड प्लेसमेंट का उपयोग किया जा सकता है। हालाँकि, जटिल ज्यामिति (कोने के जोड़, टी-आकार के डोमेन, आदि) के डोमेन को ठीक से घेरने के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए इलेक्ट्रोड की आवश्यकता होती है। ईसीवीटी कि नम्यता इसे क्षेत्र अनुप्रयोगों के लिए बहुत उपयोगी बनाती है जहां संवेदन प्लेटों को सममित रूप से नहीं रखा जा सकता है। चूंकि लाप्लास समीकरण में एक विशिष्ट लंबाई (जैसे हेल्महोल्ट्ज़ समीकरण में तरंग दैर्ध्य) का अभाव है, ईसीवीटी समस्या का मौलिक भौतिकी आकार मापनीय है, जब तक कि अर्ध-स्थैतिक प्रवृत्ति विशेषता संरक्षित होती हैं।

ईसीवीटी के लिए छवि पुनर्निर्माण के प्रकार

ईसीवीटी में छवि पुनर्निर्माण (ए) दो डाइ इलैक्ट्रिक क्षेत्रों को घेरने वाला एक ईसीवीटी संवेदक $\varepsilon _{r}=1.5$ (बी) लैंडवेबर पुनरावृति का उपयोग करते हुए पुनर्निर्मित आयतनमितीय वितरण।

पुनर्निर्माण के तरीके ईसीवीटी काल्पनिक छवि की व्युत्क्रम समस्या को संबोधित करते हैं ताकि आयतनमितीय विद्युतशीलता वितरण मे पारस्परिक धारिता माप का निर्धारण किया जा सके। परंपरागत रूप से व्युत्क्रम समस्या की धारिता और भौतिक पारगम्यता समीकरण के बीच (गैर-रैखिक) संबंध के रेखीयकरण के माध्यम से उत्पन्न सन्निकटन का उपयोग करके नियंत्रित किया जाता है। सामान्यतः यह सन्निकटन केवल छोटे पारगम्यता विरोधाभासों के लिए मान्य है। अन्य स्थितियों के लिए, विद्युत क्षेत्र वितरण की अरैखिक प्रकृति 2डी और 3डी छवि पुनर्निर्माण दोनों के लिए एक चुनौती बन जाती है जिससे पुनर्निर्माण के तरीके अपेक्षाकृत छवि गुणवत्ता के लिए एक सक्रिय अनुसंधान क्षेत्र बन जाते हैं। ईसीवीटी/ईसीटी के लिए पुनर्निर्माण विधियों को पुनरावृत्ति और गैर-पुनरावृत्ति (एकल चरण) विधियों के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। गैर-पुनरावृत्त विधियों के उदाहरण रैखिक बैक प्रक्षेप (एलबीपी) हैं। एकल मान अपघटन और तिखोनोव नियमितीकरण पर आधारित प्रत्यक्ष विधि है। ये एल्गोरिदम कम्प्यूटेशनल रूप से मितव्ययी होते हैं। हालांकि आयतनत्मक जानकारी के अतिरिक्त उनका समझौता कम शुद्ध चित्र है। पुनरावृत्त विधियों को सामान्यतः प्रक्षेपण-आधारित और अनुकूलन-आधारित विधियों में वर्गीकृत किया जा सकता है। ईसीवीटी के लिए उपयोग किए जाने वाले कुछ रैखिक प्रक्षेपण पुनरावृत्त एल्गोरिदम में न्यूटन-रैफसन, लैंडवेबर पुनरावृत्ति और प्रवणतम अवरोहण विधि बीजगणितीय पुनर्निर्माण और एक साथ पुनर्निर्माण तकनीक या मॉडल-आधारित पुनरावृत्ति सम्मिलित हैं। एकल चरण विधियों के समान ये एल्गोरिदम भी डोमेन के अंदर आयतनमितीय वितरण प्राप्त करने के अनुमानों के लिए रैखिक संवेदनशीलता आव्यूह का उपयोग करते हैं। प्रक्षेपीय-आधारित पुनरावृत्त विधियां सामान्यतः गैर-पुनरावृत्त एल्गोरिदम की तुलना में अपेक्षकृत छवियां प्रदान करती हैं जिनमे अधिक कम्प्यूटेशनल संसाधनों की आवश्यकता होती है। दूसरे प्रकार के पुनरावृत्त पुनर्निर्माण तरीके अनुकूलन-आधारित पुनर्निर्माण एल्गोरिदम हैं जैसे कि तंत्रिका नेटवर्क अनुकूलन कार्यान्वयन के लिए अतिरिक्त जटिलता के साथ-साथ इन विधियों को पहले बताए गए तरीकों की तुलना में अधिक कम्प्यूटेशनल संसाधनों की आवश्यकता होती है। अनुकूलन पुनर्निर्माण विधियाँ कई उद्देश्य और कार्यों को नियोजित करती हैं और उन्हें अपेक्षाकृत कम करने के लिए पुनरावृत्त प्रक्रिया का उपयोग करती हैं। परिणामी छवियों में गैर-रैखिक प्रकृति से कम कलाकृतियाँ होती हैं और आयतनत्मक अनुप्रयोगों के लिए अधिक विश्वसनीय होती हैं।

विस्थापन-वर्तमान चरण टोमोग्राफी (डीसीपीटी)

विस्थापन-वर्तमान चरण टोमोग्राफी एक काल्पनिक पद्धति है जो ईसीवीटी के समान हार्डवेयर पर निर्भर करती है। ईसीवीटी प्राप्त पारस्परिक प्रवेश मापन के वास्तविक भाग (चालन घटक) का उपयोग नहीं करता है। माप का यह घटक ब्याज के क्षेत्र में सामग्री की हानि (चालकता और धारिता हानि) से संबंधित है। डीसीपीटी इस जटिल मूल्यवान आंकड़ा के छोटे कोण चरण घटक के माध्यम से पूर्ण प्रवेश सूचना का उपयोग करता है। डीसीपीटी का उपयोग केवल तभी किया जा सकता है जब इलेक्ट्रोड एसी वोल्टेज से उत्साहित हों। यह केवल उन डोमेन पर प्रयुक्त होता है जिनमें भौतिक हानि सम्मिलित हैं अन्यथा मापा चरण (प्रवेश का वास्तविक भाग शून्य होगा) शून्य होता है। डीसीपीटी को ईसीवीटी के लिए डिज़ाइन किए गए समान पुनर्निर्माण एल्गोरिदम के साथ उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसलिए, डीसीपीटी का उपयोग ईसीवीटी के साथ-साथ माध्यम के स्थानिक स्पर्शरेखा हानि वितरण के साथ-साथ ईसीटी से इसके स्थानिक सापेक्ष पारगम्यता वितरण की छवि के लिए किया जा सकता है।

बहु-आवृत्ति ईसीवीटी संचालन

बहु-चरण प्रवाह सदैव जटिल होता हैं। इस प्रकार के बहु-चरण प्रवाह में प्रावस्था के संरक्षण और आयतन निर्धारित करने के लिए उन्नत मापन तकनीकों की आवश्यकता होती है। अधिग्रहण की उनकी अपेक्षाकृत तीव्र गति और गैर-प्रस्तुति देने वाली विशेषताओं के कारण उद्योगों में ईसीटी और ईसीवीटी का प्रवाह संरक्षण करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। हालांकि, तीन या अधिक चरणों (जैसे तेल, वायु और पानी का संयोजन) वाले बहु-चरण प्रवाह के लिए ईसीटी/ईसीवीटी की प्रवाह अपघटन और संरक्षण क्षमता कुछ अवस्था तक सीमित है। बहु-आवृत्ति उत्तेजनाओं और मापों का शोषण किया गया है और उन अवस्थाओं में ईसीटी छवि पुनर्निर्माण में सफलतापूर्वक उपयोग किया गया है। बहु-आवृत्ति मापन मैक्सवेल-वैगनर-सिलर्स (एमडब्ल्यूएस) प्रभाव को विनिमय आवृत्ति के एक फलन के रूप में मापे गए डेटा (जैसे, प्रवेश, धारिता, आदि) की प्रतिक्रिया पर उपयोग करने की स्वीकृति देता है। यह प्रभाव सबसे पहले 1982 में मैक्सवेल द्वारा खोजा गया था और बाद में वैगनर और सिलियर्स द्वारा अध्ययन किया गया था। एमडब्ल्यूएस प्रभाव सामग्री के बीच अंतरापृष्ठ पर सतह प्रवासन ध्रुवीकरण का परिणाम है जब उनमें से कम से कम एक संचालन कर रहा है। सामान्यतः एक अधिकृत पदार्थ सूक्ष्म तरंग आवृत्तियों पर डेबी-प्रकार का विश्राम प्रभाव प्रस्तुत करता है। हालांकि एमडब्ल्यूएस प्रभाव (या एमडब्ल्यूएस ध्रुवीकरण) की उपस्थिति के कारण कम से कम एक संचालन चरण वाला मिश्रण इस छूट को बहुत कम आवृत्तियों पर प्रदर्शित करेगा। एमडब्ल्यूएस प्रभाव कई कारकों पर निर्भर करता है जैसे कि प्रत्येक चरण का आयतन अंश, चरण अभिविन्यास, चालकता और अन्य मिश्रण पैरामीटर तनु मिश्रण के लिए वैगनर सूत्र और सघन मिश्रण के लिए ब्रुगमैन सूत्र प्रभावी परावैद्युत स्थिरांक के सबसे उल्लेखनीय योगों में से हैं। जटिल डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक के हनाई का सूत्रीकरण प्रभावी डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक के ब्रुगमैन सूत्र का एक विस्तार समिश्र डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक के लिए एमडब्ल्यूएस प्रभाव का विश्लेषण करने में सहायक है। समिश्र डाइ इलैक्ट्रिक के लिए हनाई का सूत्र इस प्रकार लिखा जा सकता है:

बाएं से प्रवाह मॉडल मे संचालन चरण और गैर संचालन चरण की पुनर्निर्मित छवियां।

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

जहाँ $\varepsilon _{1}^{*}$, $\varepsilon _{2}^{*}$ और $\varepsilon ^{*}$ परिक्षिप्त प्रावस्था निरंतर चरण और मिश्रण की क्रमशः समिश्र प्रभावी पारगम्यता हैं। और $\phi$ परिक्षिप्त प्रावस्था का आयतन है।

यह जानते हुए कि एक मिश्रण एमडब्ल्यूएस प्रभाव के कारण डाइ इलैक्ट्रिक विश्राम प्रदर्शित करेगा, कम से कम एक चरण के संचालन के समय बहु-चरण प्रवाह को विघटित करने के लिए इस अतिरिक्त माप आयाम का उपयोग किया जा सकता है। दाईं ओर का आंकड़ा प्रायोगिक डेटा से शोषित एमडब्ल्यूएस प्रभाव द्वारा निकाले गए प्रवाह मॉडल, संचालन चरण और गैर-संचालन चरणों की पुनर्निर्मित छवियों को प्रदर्शित करता है।

ईसीवीटी वेगमापी

सामान्यीकृत संवेदनशीलता वितरण, इलेक्ट्रोड की एक जोड़ी के बीच संवेदनशीलता प्रवणता पुनर्निर्मित वेग प्रक्षेप जब गोले को 3डी पप्रक्षेप में और समतल में 2डी प्रक्षेप में ले जाया जाता है।

वेगमापी द्रव पदार्थ के वेग को मापने के लिए उपयोग की जाने वाली तकनीकों को संदर्भित करती है। संवेदनशील प्रवणता का उपयोग एक ईसीवीटी संवेदक का उपयोग करके 3डी वेग पसंरचना के पुनर्निर्माण को सक्षम बनाता है जो द्रव गतिशीलता की जानकारी आसानी से प्रदान कर सकता है। जिसको संवेदनशील प्रवणता के रूप में परिभाषित किया गया है:

$F=\nabla S={\hat {a}}_{x}{\frac {\partial S}{\partial x}}+{\hat {a}}_{y}{\frac {\partial S}{\partial y}}+{\hat {a}}_{z}{\frac {\partial S}{\partial z}}$

जहाँ $S$ ईसीवीटी संवेदक का संवेदनशील वितरण है जैसा कि दाईं ओर दिखाया गया है। ऊपर दिए गए आंकड़े के अनुरूप एक 3डी और 2डी वेग संचालन में वर्णित संवेदनशील प्रवणता के अनुप्रयोग को दाईं ओर की आकृति में दिखाया गया है।

संवेदनशीलता प्रवणता का अनुप्रयोग अधिक पारंपरिक (क्रॉस-सहसंबंध आधारित) वेगमिति पर महत्वपूर्ण सुधार प्रदान करता है, बेहतर छवि गुणवत्ता प्रदर्शित करता है और कम कम्प्यूटेशनल समय की आवश्यकता होती है। संवेदनशीलता ढाल आधारित वेलोसिमेट्री का एक अन्य लाभ ईसीवीटी में प्रयुक्त पारंपरिक छवि पुनर्निर्माण एल्गोरिदम के साथ इसकी अनुकूलता है।

लाभ

मॉड्यूलर

ईसीवीटी संवेदक की मूलभूत आवश्यकताएं सरल हैं और इसलिए डिजाइन बहुत मॉड्यूलर हो सकती हैं। ईसीवीटी संवेदक को केवल प्रवाहकीय इलेक्ट्रोड की आवश्यकता होती है जो एक दूसरे से विद्युत रूप से पृथक होते हैं और ईसीवीटी संवेदक द्वारा निरीक्षण किए जाने वाले माध्यम से भी कम नहीं होते हैं। इसके अतिरिक्त प्रत्येक इलेक्ट्रोड से और उसके लिए संकेत को उत्तेजित करने और उसका पता लगाने का एक प्रकार होना चाहिए। संवेदक डिज़ाइन पर बाधाओं की कमी इसे विभिन्न प्रकार की सामग्रियों से बनाने की स्वीकृति देती है। नम्य दीवार, उच्च तापमान प्रदर्शन, उच्च दाब प्रदर्शन, पतली दीवार, कोहनी और समतल संवेदक सहित कई रूपों को ग्रहण करती है। एईसीवीटी प्रौद्योगिकी के अतिरिक्त संवेदक इलेक्ट्रोड परिवर्तित नए संवेदक बनाने की आवश्यकता के अतिरिक्त मॉड्यूलर भी बन जाते है।

विश्वसनीय

ईसीवीटी कम ऊर्जा, कम आवृत्ति और गैर-रेडियोधर्मी है, जो इसे किसी भी स्थिति में नियोजित करने के लिए सुरक्षित बनाता है जहां विषाक्त अपशिष्ट, उच्च वोल्टेज या विद्युत चुम्बकीय विकिरण एक चिंता का विषय है। प्रौद्योगिकी की कम ऊर्जा प्रकृति भी इसे दूरस्थ स्थानों के लिए उपयुक्त बनाती है जहां विद्युत की आपूर्ति अपेक्षाकृत कम होती है। कई अवसरों पर एक साधारण सौर ऊर्जा और संचालित बैटरी एक ईसीवीटी उपकरण को ऊर्जा प्रदान करने के लिए पर्याप्त सिद्ध हो सकती है।

मापनीय

ईसीवीटी बहुत बड़े तरंग दैर्ध्य पर संचालित होता है। सामान्यतः इलेक्ट्रोड को उत्तेजित करने के लिए 10 मेगाहर्ट्ज से कम आवृत्तियों का उपयोग करता है। ये लंबी तरंग दैर्ध्य प्रौद्योगिकी को अर्ध-इलेक्ट्रोस्टैटिक मापनीयता के अंतर्गत संचालित करने की स्वीकृति देते हैं। जब तक संवेदक का व्यास तरंग की लंबाई से बहुत छोटा होता है, तब तक ये धारणा मान्य होती है। उदाहरण के लिए जब 2 मेगाहर्ट्ज एसी संकेत के साथ रोमांचक होता है तो तरंग दैर्ध्य 149.9 मीटर होती है। संवेदक व्यास सामान्यतः इस सीमा से अपेक्षाकृत नीचे डिज़ाइन किए जाते हैं। इसके अतिरिक्त, धारिता ऊर्जा $C$, इलेक्ट्रोड क्षेत्र $A$ और प्लेट $d$ या संवेदक के व्यास के बीच की दूरी के अनुसार आनुपातिक रूप से मापता है। इसलिए जैसे-जैसे संवेदक का व्यास बड़ा होता जाता है, वैसे-वैसे प्लेट क्षेत्र का आकार बढ़ता जाता है। किसी भी दिए गए संवेदक के डिजाइन को संकेत की ऊर्जा पर न्यूनतम प्रभाव के साथ आसानी से ऊपर या नीचे बढ़ाया जा सकता है:

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

कम लागत पार्श्वदृश्यता

अन्य संवेदन और काल्पनिक उपकरण जैसे गामा विकिरण, एक्स-रे, या एमआरआई मशीनों की तुलना में ईसीवीटी निर्माण और संचालन के लिए अपेक्षाकृत मितव्ययी है। प्रौद्योगिकी की इस गुणवत्ता का एक भाग इसके कम ऊर्जा उत्सर्जन के कारण है जिसमें अपशिष्ट रखने या उच्च ऊर्जा आउटपुट को अवरोधित करने के लिए किसी अतिरिक्त तंत्र की आवश्यकता नहीं होती है। कम लागत में जोड़ना एक संवेदक बनाने के लिए विभिन्न प्रकार की सामग्रियों की उपलब्धता है। इलेक्ट्रॉनिक्स को संवेदक से दूर भी रखा जा सकता है जो मानक पर्यावरण इलेक्ट्रॉनिक्स को डेटा अधिग्रहण के लिए उपयोग करने की स्वीकृति देता है। यद्यपि संवेदक अत्यधिक तापमान या अन्य स्थितियों के अधीन हो, जो सामान्यतः इलेक्ट्रॉनिक उपकरण को नियोजित करना जटिल बनाते हैं।

उच्च लौकिक विश्लेषण

सामान्य शब्दों में ईसीवीटी के साथ उपयोग की जाने वाली डाटा अधिग्रहण की विधि बहुत तीव्र है। संवेदक डिज़ाइन में प्लेट जोड़े की संख्या और डेटा अधिग्रहण प्रणाली के एनालॉग डिज़ाइन (अर्थात घड़ी की गति, समानांतर परिपथ आदि) के आधार पर डेटा को प्रति सेकंड कई हज़ार गुना लिया जा सकता है। बहुत तीव्रता से डेटा एकत्र करने की क्षमता प्रौद्योगिकी को उन उद्योगों के लिए बहुत आकर्षक बनाती है जिनकी प्रक्रियाएँ बहुत तीव्रता से होती हैं या उच्च गति पर परिवहन करती हैं। यह एमआरआई के लिए एक बड़ा विपरीत है जिसमें उच्च स्थानिक विश्लेषण है लेकिन प्रायः बहुत अस्पष्ट अस्थायी समाधान होता है।

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, स्थानिक विश्लेषण ईसीटी/ईसीवीटी में एक मौलिक चुनौती है। स्थानिक विश्लेषण ईसीटी/ईसीवीटी की सॉफ्ट-क्षेत्र प्रकृति और इस तथ्य से सीमित है कि ईसीटी/ईसीवीटी में सवाल जवाब करने वाला विद्युत क्षेत्र प्रकृति में अर्ध-स्थैतिक है। बाद की विशेषता का तात्पर्य है कि प्लेटों के बीच संभावित वितरण लाप्लास समीकरण का एक समाधान है। जिसके परिणाम स्वरूप प्लेटों के बीच संभावित वितरण के लिए कोई संबंध न्यूनतम या अधिकतम नहीं हो सकते है और इसलिए कोई फोकल बिन्दु नहीं बनाया जा सकता है। स्थानिक विश्लेषण को बढ़ाने के लिए दो आधारिक योजनाओ का अनुसरण किया जा सकता है। पहली योजना में माप डेटा को समृद्ध करना सम्मिलित है। यह (ए) कृत्रिम इलेक्ट्रोड के साथ अनुकूली अधिग्रहण द्वारा किया जा सकता है। (बी) स्पेसियो-टेम्पोरल सैंपलिंग अतिरिक्त माप का उपयोग करते हुए प्राप्त किया जाता है जब वस्तु संवेदक के अंदर विभिन्न स्थितियों में होती हैं। (सी) शोषण करने के लिए बहु-आवृत्ति संचालन एमडब्ल्यूएस प्रभाव के कारण आवृत्ति के साथ पारगम्यता भिन्नता और (d) अन्य संवेदन तौर-तरीकों के साथ ईसीटी / ईसीवीटी का संयोजन या तो एक ही हार्डवेयर (जैसे डीसीपीटी) या अतिरिक्त हार्डवेयर (जैसे सूक्ष्म टोमोग्राफी) पर आधारित है। स्थानिक विश्लेषण को बढ़ाने की दूसरी परिकल्पना में बहु-स्तरीय छवि पुनर्निर्माण का विकास सम्मिलित है जिसमें प्राथमिक जानकारी और प्रशिक्षण आंकड़ा समुच्चय और स्थानिक अनुकूलता सम्मिलित है।

अनुप्रयोग

बहु-चरण प्रवाह

बहु-चरण प्रवाह विभिन्न भौतिक अवस्थाओं या रासायनिक संरचनाओं की धातुओ के एक साथ प्रवाह को संदर्भित करता है जो पेट्रोलियम, रासायनिक और जैव रासायनिक उद्योगों में अत्यधिक रूप में सम्मिलित है। अतीत में, ईसीवीटी का बड़े पैमाने पर प्रयोगशाला और साथ ही औद्योगिक सेटिंग्स में बहु-चरण प्रवाह प्रणालियों की एक विस्तृत श्रृंखला में परीक्षण किया गया है। ईसीवीटी की अपेक्षाकृत कम लागत पर विभिन्न तापमान और दाब स्थितियों के अंतर्गत जटिल ज्यामिति के साथ प्रणाली का वास्तविक समय गैर-विस्तृत स्थानिक दृश्यता प्राप्त करने की अद्वितीय क्षमता इसे बड़े पैमाने पर प्रसंस्करण उद्योगों में मौलिक द्रव यांत्रिकी अनुसंधान और अनुप्रयोगों दोनों के लिए अनुकूल बनाती है। इन दो दृष्टिकोणों की खोज में हाल के शोध प्रयासों का सारांश नीचे दिया गया है।

गैस-ठोस

सीएफबी प्रतिघातक (बाएं), मोड़ (मध्य) पर ईसीवीटी संवेदक रूपान्तरण का चित्रण और मोड़ (दाएं) में ठोस होल्डअप वितरण की पुनर्निर्मित छवियां।

गैस-ठोस द्रवित परत एक विशिष्ट गैस-ठोस प्रवाह प्रणाली है और इसकी अपेक्षाकृत ऊष्मा और बड़े पैमाने पर स्थानांतरण ठोस परिवहन नियंत्रण के कारण रासायनिक उद्योगों में व्यापक रूप से नियोजित किया गया है। ईसीवीटी को प्रणाली गुण मापन और गतिशील व्यवहार दृश्यता के लिए गैस-ठोस द्रवीकृत परत प्रणाली पर सफलतापूर्वक प्रयुक्त किया गया है। एक उदाहरण 12-चैनल बेलनाकार ईसीवीटी संवेदक के साथ 0.1 मीटर आईडी गैस-ठोस परिसंचारी द्रवित परत में चोकिंग घटना का अध्ययन है। जहां चोकिंग के संक्रमण के समय स्लग का गठन ईसीवीटी द्वारा स्पष्ट रूप से प्रस्तुत किया गया है। एक अन्य प्रयोग 0.05 आईडी स्तम्भ में बुबलिंग गैस-ठोस द्रवीकरण का अध्ययन करता है, जहां ईसीवीटी से प्राप्त ठोस होल्डअप, बबल आकार और आवृत्ति को एमआरआई माप के साथ मान्य किया जाता है। ईसीवीटी संवेदक ज्यामिति की नम्यता इसे गैस-ठोस प्रवाह प्रतिघातकों के बेंड, टेपरिंग और अन्य गैर समान वर्गों की काल्पनिक छवि के लिए सक्षम बनाता है। उदाहरण के लिए एक क्षैतिज गैस जेट एक बेलनाकार गैस-ठोस द्रवयुक्त परत में प्रवेश कर रहा है। जिसको संशोधित ईसीवीटी संवेदक के साथ चित्रित किया जा सकता है और जेट की पैठ लंबाई और चौड़ाई के साथ-साथ द्रवित परत में बुलबुले के साथ जेट सहसंयोजी व्यवहार जैसी जानकारी प्राप्त की जा सकती है जिसको प्रायः ईसीवीटी से प्राप्त किया जाना चाहिए। एक अन्य उदाहरण गैस-ठोस परिसंचारी तरल परत (सीएफबी) की प्रवाह की दर ईसीवीटी के काल्पनिक है। प्रवाह और बेंड दोनों में एक कोर-एनुलस प्रवाह संरचना और बेंड के क्षैतिज खंड में एक ठोस संचय की आयतनत्मक ईसीवीटी छवियों से पहचान की जाती है।

गैस-द्रव

ईसीवीटी (शीर्ष) और वास्तविक स्तम्भ (नीचे) से बबल प्लम की छवियां।

गैस-द्रव बुलबुला स्तंभ एक विशिष्ट गैस-द्रव प्रवाह प्रणाली है जो व्यापक रूप से पेट्रो रसायन और जैव रासायनिक प्रक्रियाओं में उपयोग की जाती है। कम्प्यूटेशनल द्रव गतिशील विधियों के साथ-साथ पारंपरिक विस्तृत माप तकनीकों के साथ बुबलिंग प्रवाह घटना पर बड़े पैमाने पर शोध किया गया है। ईसीवीटी के पास संपूर्ण गैस-द्रव प्रवाह क्षेत्र का वास्तविक समय आयतनत्मक दृश्य प्राप्त करने की अद्वितीय क्षमता है। एक उदाहरण बबल स्तम्भ में कुंडलीदार बबल प्लम की गतिशीलता का अध्ययन है। ईसीवीटी को बबल प्लूम्स, बड़े पैमाने पर द्रव भंवरों और गैस होल्डअप वितरण की कुंडल गति को प्राप्त करने में सक्षम दिखाया गया है।

गैस-द्रव प्रणालियों में ईसीवीटी के अनुप्रयोग का एक अन्य उदाहरण एक चक्रवाती गैस-द्रव विभाजक का अध्ययन है जहां गैस-द्रव मिश्रण एक क्षैतिज स्तंभ में स्पर्शरेखा से प्रवेश करता है और एक चक्रवाती प्रवाह क्षेत्र बनाता है जहां गैस और द्रव को अपकेन्द्रीय बल द्वारा अलग किया जाता है। ईसीवीटी पोत के अंदर द्रव वितरण और अपकेंद्रण गैस कोर छिद्र वर्धन घटना को सफलतापूर्वक अधिकृत करता है। आयतनत्मक परिणाम यंत्रवत मॉडल के अनुरूप होते हैं।

गैस-द्रव-ठोस

क्षरण प्रतिघातक (टीबीआर) एक विशिष्ट तीन-चरण ठोस, द्रव, गैस प्रणाली है और इसमें पेट्रोलियम, पेट्रो रसायन, जैव रासायनिक, विद्युत रासायनिक और जल उपचार उद्योगों में अनुप्रयोग हैं। एक टीबीआर में पैक्ड ठोस धातु के माध्यम से गैस और द्रव नीचे की ओर प्रवाहित होता हैं। गैस और द्रव प्रवाह दरों के आधार पर टीबीआर में अलग-अलग प्रवाह व्यवस्थाएं हो सकती हैं, जिनमें क्षरण प्रवाह, स्पंदित प्रवाह और विस्तृत प्रवाह सम्मिलित है। ईसीवीटी का टीबीआर में अशांत स्पंदन प्रवाह की छवि के लिए सफलतापूर्वक उपयोग किया गया है। जिससे विस्तृत पल्स संरचना और पल्स वेग ईसीवीटी से प्राप्त किया जा सकता है।

दहन (उच्च तापमान और अग्नि)

विभिन्न तापमानों, 25°C, 300°C, 400°C और 650°C के लिए अलग-अलग Ug-Umf पर धातुपिण्ड वेगमाप।

रासायनिक उद्योगों में अधिकांश गैस-ठोस प्रवाह प्रणालियाँ इष्टतम प्रतिक्रिया गतिज के लिए उच्च तापमान पर कार्य करती हैं। ऐसी कठोर परिस्थितियों में कई प्रयोगशाला मापन तकनीकें अब उपलब्ध नहीं हैं। हालांकि ईसीवीटी में इसकी सरल, प्रबल डिजाइन और गैर-विस्तृत प्रकृति के कारण उच्च तापमान अनुप्रयोगों की संभावना है जो रोधक धातु को ऊष्म प्रतिरोध के लिए संवेदक में स्थापित करने की स्वीकृति देता है। वर्तमान में उच्च तापमान ईसीवीटी प्रौद्योगिकी तीव्रता से विकास के अधीन है और उच्च तापमान से संबद्ध इंजीनियरिंग समस्याओं को हल करने के लिए अनुसंधान प्रयास किए जा रहे हैं।

ईसीवीटी का उपयोग 650 डिग्री सेल्सियस तक के उच्च तापमान के वातावरण में किया गया है। उच्च तापमान के अंतर्गत द्रवित परत की छवि और लक्षण का वर्णन करने के लिए जैसे कि द्रवित प्रतिघातक, द्रव उत्प्रेरक अपघटन और द्रवित दहन में उपयोग किया जाता है। इस तकनीक के उच्च तापमान द्रवयुक्त परतों के लिए अनुप्रयोग ने गहन विश्लेषण की स्वीकृति दी है कि कैसे तापमान परतों में प्रवाह व्यवहार को प्रभावित करता है। उदाहरण के लिए गेल्डार्ट समूह डी कणों के साथ बड़े स्तम्भ ऊंचाई से स्तम्भ व्यास अनुपात के साथ एक पूर्व सम्पीडन द्रवित परत में 650 डिग्री सेल्सियस तक तापमान बढ़ाना गैस की घनत्व और श्यानता को परिवर्तित कर सकता है लेकिन सम्पीडन वेग और आवृत्ति जैसे सम्पीडन द्रव पर नगण्य प्रभाव पड़ता है।

गैर-विनाशात्मक परीक्षण (एनडीटी)

अवसंरचना निरीक्षण उद्योग में उन उपकरणों का उपयोग करना वांछनीय है जो अंतः स्थापित घटकों का गैर-आक्रामक रूप से निरीक्षण करते हैं। संक्षारित इस्पात, जल प्रवाह और हवा की ध्वनि जैसे कारण प्रायः कंक्रीट या अन्य ठोस सदस्यों के भीतर अंतः स्थापित होते हैं। जहां संरचना की अखंडता से समझौता करने से बचने के लिए गैर-विनाशात्मक परीक्षण (एनडीटी) विधियों का उपयोग किया जाना चाहिए। ईसीवीटी का उपयोग इस क्षेत्र में तनाव के बाद वाले पुलों पर बाह्य भाग के गैर-विनाशात्मक परीक्षण के लिए किया गया है। ये संरचनाएं स्टील के केबल और सुरक्षात्मक सतह या ग्रीस से भरी हुई होती हैं।

इस अनुप्रयोग मे गतिशील, दूर से नियंत्रित ईसीवीटी उपकरण को बाहरी तनाव के चारों ओर रखा जाता है जो तनाव के आंतरिक भाग का अवलोकन करता है। ईसीवीटी उपकरण वास्तविक समय में आंतरिक भाग के भीतर सतह या ग्रीस की गुणवत्ता के विषय में जानकारी को साझा सकता है। यह आंतरिक भाग के भीतर किसी भी वायु रिक्तिका या नमी के आकार और स्थान को भी निर्धारित कर सकता है। पुल निरीक्षकों के लिए इन कारणों का पता लगाना एक महत्वपूर्ण कार्य है क्योंकि तनाव के भीतर वायु और नमी की रिक्तिका से स्टील के केबल का क्षरण हो सकता है और तनाव की विफलता हो सकती है, जिससे पुल को संरचनात्मक क्षति का जोखिम हो सकता है।

यह भी देखें

• विद्युत धारिता टोमोग्राफी
• विद्युत प्रतिबाधा टोमोग्राफी
• विद्युत प्रतिरोधकता टोमोग्राफी
• प्रक्रिया टोमोग्राफी