literature review ecvt

LITERATURE REVIEWRifa’atul Fadilah

UIN Syarif Hidayatullah Jakarta

“Simulasi Rekonstruksi ECVT Sensor Planar”

Pembimbing:

Irwin Maulana | [email protected]

Center for Tomography Research

ECVT

Definisi

Pemanfaatan

Perkembangan

Teknik Rekonstruksi

Metode Simulasi


Definisi ECVT

ECVT (Electrical Capacitance Volume Tomography) merupakan

teknologi tomografi yang paling mutakhir dengan berbasiskan pada

pengukuran kapasitansi dengan tujuan mendapatkan informasi

sebaran permitivitas (kemampuan muatan listrik di dalam material

untuk bergerak akibat medan listrik) kemudian dipetakan pada ruang

3D sehingga diperoleh suatu citra volumetric dari objek.


Pemanfaatan

Bidang IndustriIndustri minyak, digunakan untuk mengamati proses transfer minyak pada pipa sehingga jika terlihat terdapat kerusakan pada pipa dapat dilakukan penindak lanjutan.

Bidang GeofisikaUntuk merekonstruksi struktur permukaan bawah tanah sehingga analisis mengenai kandungan bawah tanah dapat dilakukan.

Bidang KesehatanUntuk memudahkan diagnosa penyakit serta terapi khususnya terapi kanker digunakan teknologi tomography , dengan tomography dokter dapat melihat kondisi internal tubuh dan juga melihat keabnormalan yang ada sehingga sumber penyakit dapat dijelaskan dengan lebih baik.


Perkembangan ECT

Pertama kali diperkenalkan pada tahun 1980-an oleh sekelompok peneliti dari US Department of Energy Morgantown Energy Technology Center (METC)

Pengukuran besaran listrik, induktansi, resistansi, kapasitansi.


Elektroda mengelilingi area

sebagai pelat (seperti kapasitor)

Salah satu pelat sebagai

sumber muatan, yg lain

mengukur kapasitansi

Diperoleh sebaran

konstanta dielektrik

Konstanta dielektrik dipetakan

Citra 2D

Pada ECT

Keunggulan

Pada riset ataupun proses yang

melibatkan aliran fluida

dinamis, karena seringkali

fluida yang digunakan adalah

fluida organik yang memang

memiliki sifat kurang konduktif.

Kelemahan

Citra 3D dibuat dengan

menumpuk citra 2D yang

diperoleh oleh ECT.

Hanya dapat dilakukan untuk

objek yang bergerak dengan

lambat atau diam.


ECVT

Kebutuhan pada industri mendorong

agar pencitraan yang dilakukan dapat

menghasilkan suatu citra 3D

Sama sperti ECT, namun pelat yang

dijadikan sumber muatan berganti-

gantian setelah menjadi detector.


Keunggulan

dapat memetakan sebaran

dielektrik pada ruang 3D sehingga

jika dipetakan akan diperoleh

suatu citra volumetric dari objek

bentuk plat elektroda bisa berupa

geometri apa saja seperti segitiga

dan hexagonal dan disusun

dengan susunan yang berbeda3

Elemen

Desain Sensor

Akuisisi data

Rekonstruksi Citra

Desain sensor:Melakukan pemodelan (COMSOL)

Melakukan Eksperimen

Akuisisi data

Sebagai PengontrolSekaligus pembaca

Didapat sebaran dilektrik

Citra Volumetrik

mengukur nilai kapasitansi antara plat sumber dengan dengan plat detector

memindahkan pembacaan dari satu detector ke detector lainnya dengan menggunakan Multiplexer (MUX)


Rekonstruksi ECVT


Linear Back Projection (LBP)

Metode Iterasi (Landweber Equation)

Yang paling simple

Menyelesaikan problema

invers

Transpose matriks sensitivitas

Hasil memiliki error tinggi,

memiliki blur

Dibantu dg Normalisasi

Nilai kapasitas dibandingkan dg nilai batas

Kapasitansi ygTerukur pd kalibrasi

AIR

UDARA

Metode iterasi(Landweber Equation)


Iterasi dari metode LBP

Tujuan : mengurangi

error

𝐺𝑘+1=𝐺𝑘−∝𝑘𝑆𝑇 (𝑆𝐺𝐾−𝐶)

Dg

Langkah-langkah:

Matriks kapasitansi 1 frame citra diukur & diset dr nilai

inisial pixel

Nilai pendekatan permitivitas menghitung

kembali matriks Matriks

kapasitansi error

Matriks permitivitas error

Mengoreksi set permitivitas sebelumnya menghasilkan set pixel G

yg naru

Nilai set kapasitansi yg

baru

*diulang sebanyak iterasi yg diinginkan* factor relaksasi penalty*error: saat iterasi matriks G tidak semakinkonvergen namun tetap berubah

Simulasi ECVT


setiap desain memiliki distribusi sensitivitas yang berbeda-beda tergantung pada model yang dibuat.

simulasi/komputasi ini lebih mudah, efisien, dan ekonomis dibandingkan dengan percobaan sesungguhnya. model sensor dapat diubah sesuai dengan

model yang diinginkan serta menghemat waktu dibandingkan dengan membuat secara langsung.

Memberikan kemudahan untuk setiap perubahan berbagai parameter fisika yang digunakan.

Menggunakan metode numeric finite element method yaitu metode untuk mencari penyelesain suatu persamaan fisis dengan boundary

Dengan cara membagi geometri masalah

menjadi mesh dengan geometri sederhana dan kemudian mencari solusi

pada tiap mesh.

Sistem Simulasi

Bertujuan untuk mengetahui distribusi medan listrik model sensor geometri yg

diinginkan

Masing-masing distribusi medan listrik dari tiap-tiap chanel dikalikan dengan

chanel pasangannya

sensitivitas suatu sensor

pasangan didapat jumlah

sensitivitas sebanyak N(N-1)/2

N=jumlah channelSensitivitas ini kemudian di

gunakan untuk simulasi rekonstruksi dan dicari korelasi sensitivitas dengan citra yang

dihasilkan.

Didapatkan desain model

dengan sensitivitas

yang optimal.


Parameter Simulasi

Parameter Subdomain

Parameter MeshParameter Boundary

Untuk mengatur beberapa besaran fisis

Subdomain setting:Nilai Permitivitas udaraRapat muatan.Dll.

Boundary setting:GroundZero charge/symmetryElectric DisplacementDll.


Metode numeric finite element method metode untuk mencari penyelesain suatu persamaan fisis dengan boundary dengan cara membagi geometri masalah menjadi mesh dengan geometri sederhana (tetrahedral).

Sensitivitas Matriks

Memasukkan nilai ρ pada nilai

nol,

Permitivitas pada nilai 1

di seluruh daerah subdomain

karena sensitivitas dihitung

dengan menggunakan medan

listrik pada medium vacuum

serta gunakan persamaan

dielektrik linear.

1


2Desain sensor yang digunakan

ditentukan nilai boundary-nya.

Plat-plat yang terdapat pada

sensor berguna sebagai plat

sensor oleh karena itu salah satu

plat digunakan sebagai port

input sedangkan yang lainnya

ground. Geometri lainnya adalah

simetri tak bermuatan.

Contoh:Sensor yang sudah diatur Boundarynya.( Merah: Zero Charge Symmetry; Transparan: Port)


3 Persoalan fisis siap untuk

diselesaikan. Untuk

menyelesaikannya lakukan

meshing pada geometri. Proses ini

akan membagi geometri yang kita

miliki menjadi elemen-elemen

yang sederhana untuk

dipecahkan.


4 Diperoleh distribusi medan listrik pada geometri. Dengan

metode komputasi pada Matlab proses ini diulangi untuk

setiap sensor sehingga diperoleh nilai sebaran medan listrik

untuk 32 sensor. Selanjutnya dilakukan dengan script untuk

menghitung matriks sensitivitas.


Kapasitansi Matriks

Data kapasitansi yang terukur merupakan matriks kapasitansi pasangan elektroda sebanyak

jumlah pengukuran 496 untuk 32 elektroda.

Memasukkan data input kondisi sensor tersebut

sama seperti saat mencari nilai sensitivitas.Pada simulasi rekonstruski

dapat digunakan beberapa objek.

bola udara dengan permitivitas relative

1 bola air dengan permitivitas relative

80

digunakan untuk menormalisasi nilai

kapasitansi objek yang kita ingin simulasikan


Rekonstruksi Citra Matriks Sensitivitas

Matriks Kapasitansi Air

Udara

Objek

Data pada nilai S tersebut digunakan kedalam proses rekonstruksi citra.

Dilakukan dengan menggunakan script pada software MATLAB, script rekonstruksi yang digunakan

berdasarkan algoritma landweber.

Mencari nilai G dari nilai kapasitans terukur C yang

ternormalisasi dan nilai sensitivitas matriks S yang

didapat dari simulasi.

proses iterasi dan

penambahan faktor penalti


Cn=(C -Ce)./(Cf -Ce);

Cn : nilai kapasitans keseluruhan yang diambil setelah objek masuk

C : nilai kapasitans ketika diisi objek tertentu

Ce : nilai kapasitans ketika diisi udara / tidak ada objek (empty)

Cf : nilai kapasitans ketika diisi air / ada objek(full)

Proses Selanjutnya

Mempraktekan langsung simulasi pada desain sensor helix untuk

memperoleh data sensitivitas.


literature review ecvt

Education