CN102183549B - 分布式系统的电网络表示 - Google Patents

Abstract

本发明名称为“分布式系统的电网络表示”。本文提供了一种用于确定多材料对象的特性的方法(12)。该方法包括通过将各个电信号模式的应用的电信号集合提供到围绕多材料对象的电极来产生旋转电场(122)。该方法还包括从电极获得对应于应用的每个电信号模式的电信号的测量的电信号(124)。基于应用的电信号集合、测量的电信号集合和应用的电信号集合的逆，确定电网络。该方法还包括通过分析电网络来确定多材料对象的特性(128)。

Description

分布式系统的电网络表示

技术领域

本发明一般涉及一种用于确定多材料对象中各个材料的组成和特性的方法，并且具体涉及作为电网络的多材料对象的表示和分析。

背景技术

电阻抗层析成像(electrical impedance tomography)(EIT)是一种微创测量技术，能够用于在数量上映射多材料对象内的材料分布。在EIT中，电导率和电容率的映射用于推断该对象内不同材料的分布。通过在对象周围的电极将不同的电流模式和电压模式应用到对象，并且测量对应的电压或电流。基于电流电压关系，确定内部阻抗或内部导纳分布。

多材料对象的一个示例是多相流，其中，至少两种材料或相位一起在管道或导管内流动。多相流工艺对各种行业很重要，例如包括石油、制药、食品和化学行业。需要直接了解在这些类型的多相流工艺中的内部特性以便能够实现现有和新处理设备的改进设计和增大操作效率。用于预测多相工艺的性能的特性可例如包括相位的空间分布(空间体积相分率(spatial volumetric phase fraction))、流态、界面面积和相位或材料之间的绝对与相对速度。知道材料的空间分布特别有用，因为材料的非均匀分布往往减少了可用于化学反应或转换的材料之间的界面面积，并且可能导致回流，从而形成空间上不均匀的反应区或浓度。此外，体积相分率和速度是使得能够适当、及时控制多相流的重要参数。

在一种EIT技术中，应用电流到几对边界电极(boundaryelectrode)，一次一对，电流在一个电极进入和在另一电极离开，并且在所有电极上测量电压。在一种类似的技术中，应用电压到几对边界电极，一次一对，并且在所有电极测量电流。与这些技术相关联的一个难题是低的信噪比。此外，在涉及相对电容率或电导率中变化小的材料时，降低了分辨率。

在另一EIT技术中，同时应用电流或电压到所有电极以产生完整测量所必需的数据。应用到电极的电流或电压全部是电相互同相的并且具有不同幅度。然而，此技术更耗时，因为应用到电极的电流或电压模式的数量大(一般等于比电极的数量小1)。

因此，最好提供将解决上述问题的方法和系统。

发明内容

根据本发明的一实施例，提供一种确定多材料对象的特性的方法。该方法包括将各个电信号模式的应用的电信号集合提供到围绕多材料对象的电极以在多材料对象内产生旋转电场，并且从电极获得对应于每个应用的电信号模式的电信号的测量的电信号集合。该方法还包括基于应用的电信号集合、测量的电信号集合和应用的电信号集合的逆来确定电网络。该方法还包括通过分析电网络来确定多材料对象的特性。

根据本发明的另一实施例，提供一种用于确定多材料对象的电网络的方法。该方法包括将各个电信号模式的应用的电信号集合提供到电极以产生旋转电场。该方法还包括从电极获得对应于每个应用的电信号模式的电信号的测量的电信号集合；以及基于应用的电信号集合、测量的电信号集合和应用的电信号集合的逆来确定电网络。

根据本发明仍有的另一实施例，提供一种多材料传感系统。该系统包括用于将各个电信号模式的应用的电信号集合提供到围绕多材料对象的电极以在对象内产生旋转电场的电源和用于从电极获得对应于每个应用的电信号模式的电信号的测量的电信号集合的测量单元。该系统还包括处理电路以基于应用的电信号集合、测量的电信号集合和应用的电信号集合的逆来估计多材料对象的特性。

附图说明

参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，附图中类似的字符表示遍布图形的类似部分，其中：

图1是根据一示例实施例的产油设施的框图；

图2是根据本发明的一实施例的要使用的基于电阻抗层析成像(EIT)的多相流计的示意图；

图3是根据本发明的一实施例的应用电压EIT系统的框图；

图4是根据本发明的一实施例的旋转场模式的图形表示；

图5是根据本发明的一实施例的围绕导管中多材料对象的电极的示意图和参考正弦波形；

图6是流程图，其表示根据本发明的一实施例的使用电阻层析成像(ERT)技术来确定多材料对象的特性的方法；

图7是流程图，其表示根据本发明的一实施例的使用EIT技术来确定多材料对象的特性的方法；以及

图8是流程图，其表示根据本发明的一实施例的使用图6的ERT技术来确定多材料对象的特性的另一方法。

具体实施方式

如下面详细所述，本发明的实施例用以提供用于测量多材料对象的特性的系统和方法。在多相流的示例中，对象的特性可包括流过导管的油、水和气体(在此上下文中引用气态烃类)的体积分数(volumetric fraction)和流率。虽然本发明参照油/气体/水测量中的使用进行描述，但它决无意限制为此类应用；相反，本发明的方面可应用于广泛的多个行业、卫生保健和化学工艺中，如癌症诊断和水处理工艺。此类多材料对象的特性可与为多相流给出的示例大不相同。

图1示出根据一个示例实施例的产油设施10。该产油设施一般包括各自互连到管道系统14的多个油井12。管道系统14包括耦合到多相流计(MPFM)18的生产管汇(manifold)16。多相流计使得能够测量极靠近油井的未处理油井液气流，并因此能够提供油井性能的持续监视，这可用于实现更佳的储藏管理。从油井12抽出的液体通过生产管汇16被送到生产分离器20。应注意的是，测试分离器(未示出)可附加地与设施10中的MPFM一起使用，或者可备选地使用。MPFM优于测试分离器的一个优点是减少了执行测量所需的时间。在更换油井时必须允许测试分离器充满和稳定，而MPFM对油井流体的变化响应更快，并且稳定需要的时间更少。

生产分离器20将从油井抽出的油、气体和水分开。生产分离器20可包括一个或多个测量装置。测量装置可例如包括水表以测量从油井抽出的水量或水的速率，以及乳液计(emulsion meter)以测量从油井抽出的油量。其它测量装置可包括一般用于监视油井性能的其它装置，如井口压力传感器、温度计、盐度计和pH计。

图2示出基于电阻抗层析成像(EIT)的MPFM系统40。在EIT中，多材料对象内的电导率或电容率分布从通过对象周围的电极进行的电气测量推断得出。传导电极附连到多材料对象的外围，并且交流电流或电压应用到一些或所有电极。测量结果电位或电流，并且为应用的电流和/或电压的不同配置或模式重复该过程。

图2的MPFM系统40包括电极阵列42，该阵列包括在导管46周围分布的多个电极44。导管可包括其内携带多种材料或相位的容器，如管道或箱，或者这可包括另一器皿，如人体的一部分或整个人体。在一个更具体的实施例中，视导管的大小和所需准确度而定，电极的数量可以是八、十二或十六个。电极可直接附连到导管的内壁，一个实施例包括在需要时使用适合的涂层以确保良好的电接触。适当的电绝缘材料可在电极与导管壁之间提供。电极连接到电子调节电路48，该电路可包括耦合到计算机50的例如电流或电压源、数模转换器、模数转换器、差分放大器、滤波器、数字复用器、模拟复用器、时钟和/或数字I/O单元等组件。在一个实施例中，计算机50包括配备有用于图像重构过程的数字信号处理器卡和用于显示图像的适合显示器52的个人计算机。在其它实施例中也可使用诸如现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑装置(CPLD)等其它处理电路。根据本发明的一个实施例，通过跨电极44应用电压模式的电压集合来激励电极，这在导管中的多材料对象内产生旋转电场。在任何给定时间，使用一个或多个电压源将电压的一个模式应用到电极，并且测量每个电极中电流信号的对应集合。在一个实施例中，不是应用电压，而是通过将电流注入电极，使用一个或多个电流源来激励电极，并且测量跨电极的对应电压。

图3是带有L个电极的应用电压的EIT系统的框图60。每个电极61连接到一个电路，该电路包括用于生成应用电压的电压源62及测量电流的安培计和直接测量应用电压的伏特计。交换网络63使得单个校准电路64能够连接到任何电压源/安培计/伏特计电路以允许整个系统被校准到单个参考。数字控制器(未示出)可接口于电压源(带有安培计和伏特计)、交换器，并且校准电路设置系统配置并收集电压和电流的数字测量。在应用电流而不是电压到电极的另一实施例中，使用电流源生成电流，电流源可例如包括直流源或电压电流转换器的系统。

在电流和电压两者的实施例中，由计算机50(图2)处理结果测量，并且确定多材料对象内电阻抗或导纳分布的表示。随后，由计算机50进一步分析电阻抗或导纳分布以提供多材料对象的特性。多材料对象的特性例如可包括系统的材料的组成和分布。此外，也可分析电阻抗或导纳分布以确定多材料对象的各个材料的流态、相分率及速度。流态可例如包括但不限于泡状流、搅拌流(churn flow)、段塞流或环状流。

在电压源实施例中，从一个电极流到另一电极的电流随跨所有电极应用的相对电压和在所有电极之间存在的材料的电导率和电容率而变化。例如，材料可以只是油，或者它可以是油和气体的混合物。视材料及其分布而定，所有电极之间的阻抗或导纳不同，并且电极之间流动的电流也不同。因此，从应用的电压集合和测量的电流集合，能够计算每对电极之间阻抗的阻抗集合或阻抗矩阵。类似地，从应用的电压集合和测量的电流集合，备选或附加地能够计算每对电极之间阻抗的导纳集合或导纳矩阵。由于阻抗和导纳随电极之间材料的电导率和电容率而变化，因此，通过分析阻抗或导纳网络，可确定材料分布及其特性。

电压模式的电压集合在导管内产生旋转电场。旋转电场是一种电场，它以对应于应用的信号频率或其整数倍的恒定角速率来更改方向。这类似于旋转磁场，其是多相交流电机的操作中的一个关键原理，在该电机中，旋转磁场以恒定角速率来更改方向。

图4示出为各种空间谐波模式在管道内模拟的几个示例电场。图形56、57、58和59分别表示一次、二次、四次和八次谐波的电场。对于一次谐波模式，电场由并行直线组成，对于二次谐波模式，电场由一系列直角双曲线组成，对于四次和八次谐波模式，电场线弯曲，虽然不是双曲线，但与它们有一定的相似性。

旋转电场可通过应用电压模式的电压集合到电极而产生。假设跨管道有数量L个电极，则将跨电极应用的电压模式能够表示如下：

$V_k^{\mathrm{\λ}}=\hat{V}\sin (\mathrm{\ωt}\±\frac{2\mathrm{\π\λ}}{L}(k-1))---\left(1\right)$

$V_k^{\mathrm{\λ}}=\hat{V}\sin \mathrm{\ω}t\cos \left(\frac{2\mathrm{\π\λ}}{L}(k-1)\right)+\hat{V}\cos \mathrm{\ω}t\sin \left(\frac{2\mathrm{\π\λ}}{L}(k-1)\right)---\left(2\right)$

$V_k^{\mathrm{\λ}}=\hat{V}\sin \mathrm{\ω}t\cos \left(\frac{2\mathrm{\π\λ}}{L}(k-1)\right)-\hat{V}\cos \mathrm{\ω}t\sin \left(\frac{2\mathrm{\π\λ}}{L}(k-1)\right)---\left(3\right)$

其中，是第λ个激励模式中应用到第k个电极的电压，是峰值应用电压，t是时间，以及ω是正弦波的角频率。等式(2)和(3)表示带有单独的+和-关系的等式(1)的扩展。等式(2)是用于在对象内生成顺时针旋转电场的前向电压模式，而等式(3)是用于在对象内生成逆时针旋转电场的反向电压模式。每个激励模式按顺序应用到电极，直至完成等式(1)和(2)给出的模式的完整集合。对应于激励模式的变量λ从1到N_p变化，其中，在L是偶数的情况下，N_p＝L/2，并且在L是奇数的情况下N_p＝(L-1)/2。在一个实施例中，对于电阻层析成像(ERT)，应用总共N_p个前向电压模式或N_p个反向电压模式。在另一实施例中，前向和反向模式均应用到电极以获得有关多材料对象的更完整信息。前向电压模式和反向电压模式一起提供有关多材料对象的网络表示中电气元素的实分量和虚分量的信息。通过以与等式(1)、(2)和(3)类似的方式，能描述和计算前向电流和反向电流模式。

图5示出沿导管的外围放置的电极的示意图80和幅度的波形82的集合。可注意到，在波形82的集合内有相互相移同样程度的8个正弦波形。这些波形标记为V1到V8，并且对应于应用到对应电极的电压信号。例如，V1对应于应用到电极1的电压信号，并且V7对应于应用到电极7的电压信号。波形82的集合对应于一种电压模式。几个此类模式可根据等式(1)计算得出并应用到电极。使用8个电极只是示例，并且可使用任何其它期望数量的电极。在一个实施例中，管道84包括诸如油84和水88等材料或相位。

在本发明的一个实施例中，包括多材料对象的一些或所有材料的电容率或磁导率的效应可先验已知为比电导率小得多，并且在此类情况下，表示多材料对象的电网络能够说是只包括电阻元素。这是称为电阻层析成像(ERT)的EIT的一个特定情况。在只要执行ERT的此类实施例中，为获得有关相位分布的完整信息而要应用的电压或电流模式的总数为N_p。N_p个模式可以是产生顺时针旋转电场的前向模式或产生逆时针旋转电场的反向模式。

图6示出用于在ERT中确定阻抗或导纳矩阵的方法100。在步骤102中，应用包括N_p个模式的第一电信号集合到电极。在步骤104中，测量对于每个应用的第一电信号模式具有相应第二电信号模式的对应第二电信号集合。在一个实施例中，第一电信号模式可包括电压集合，并且第二电信号模式可包括电流集合。在另一实施例中，第一电信号模式可包括电流集合，并且第二电信号模式可包括电压集合。在第一电信号集合是电压集合并且第二电信号集合是电流集合的实施例中，例如，由于只应用N_p个电压模式到电极，因此，可构建表示应用的电压模式集合的电压矩阵和表示对应测量的电流模式集合的电流矩阵。电压和电流矩阵将具有数量为L的行和数量为N_p的列。对于第n个模式在第m个电极的电压或电流将通过电压或电流矩阵的元素(m，n)来给出。此外，作为相同实施例中的一个示例，假设应用的N_p个电压模式的集合是等式(2)给出的前向旋转模式。在L是奇数的情况下，电压矩阵的剩余元(entry)能够从等式(3)来确定，并且结果新电压矩阵将具有数量为L的行和数量为L-1的列。在L是偶数的情况下，使用等式(3)将产生一个额外的电压模式，并且新电压矩阵将具有数量为L的行和数量为L的列。此处必须注意，使用等式(3)计算的第一模式实际上与通过等式(2)计算的最后模式相同，这是电压模式的应用电压集合中的最后模式。因此，对应于使用等式(3)计算的第一模式的列可被去除，并且因此新电压矩阵具有数量为L的行和数量为L-1的列。类似地，新电流矩阵的剩余元也可通过使用以下事实来确定：从第i个应用电压信号模式得到的测量的电流模式中的各个电流将是对应于第(L+1-i)个电流模式的相同电极处的电流的复共轭，因为阻抗或导纳网络中的元素在ERT情况中是纯电阻性的。因此，在步骤104中，修改第一和第二电信号矩阵。

在步骤108中，基于完全的应用电信号集合，确定结果完全电信号集合、完全应用电信号集合的逆以及表示多材料对象内材料分布的阻抗矩阵或导纳矩阵。在一个实施例中，可利用伪逆计算来确定应用信号集合的逆。计算得出的矩阵是对象内材料分布的电网络表示。它是带有复数元(complex entry)的对称矩阵。换而言之，对于所有索引i和j，矩阵a的第i行和第j列中的元素等于矩阵a的第j行和第i列中的元素：

a_i，j＝a_j，i

其中，a_i，j是编号为i与j的电极之间的等效阻抗或导纳。随后，在步骤110中分析计算得出的阻抗或导纳矩阵以确定多材料对象的特性。在导纳矩阵中，当不存在用于电流流过的泄漏路径时，行之和对于每行是零，并且列之和对于每列是零。该事实可用于检测除电极及其相关联电路本身外在系统中存在的任何电流路径。

图7示出电压源实施例中用于在EIT中确定阻抗或导纳矩阵的方法120。在一个实施例中，对于EIT，当多材料对象内的材料的电容率未知时，在步骤122中将前向电压模式和后向电压模式均应用到电极。在步骤124中，从电极测量结果电流信号。应注意的是，也能应用电流模式而不应用电压模式，并且也可能测量电压模式。应用的电压模式的总数比电极数量少一，因为剩余模式实际上是冗余的。因此，对于L个电极，应用的电压模式总数将为L-1。随后，在步骤126中，基于第一电信号集合、第二电信号集合和第一电信号集合的逆，确定电网络。在步骤128中进一步分析电网络以确定多材料对象的特性。

图8示出用于在EIT中确定阻抗或导纳矩阵的另一方法140。在此实施例中，先执行如图6中所解释的ERT过程。在步骤142中将N_p个电压模式的电压集合应用到电极，并且在步骤144中测量结果电流集合。在步骤146中，通过如更早关于图6所述在矩阵的剩余一半中进行填充，以使它们成为大小为(L，L-1)的完全电压和电流矩阵，从而修改电压集合和电流集合。在步骤148中，基于应用电压集合、测量电流集合和应用电压集合的逆，确定导纳矩阵或阻抗矩阵。此外，基于ERT所确定的电网络中纯电阻元素的值，使用来自数字模型的预计算结果来估计对象内不同材料的电导率和分布，并且现在将在此步骤前只具有纯电阻元素的阻抗或导纳矩阵修改为新阻抗或导纳矩阵以具有电容或电感元素(矩阵中的复数)。例如，如果ERT提供在对象内三个不同位置的三个不同电导率值，则可估计如果电导率值在10^-6西门子/米的范围中，则材料类似于油，并且因此相对电容率可以在1到5的范围内。类似地，如果电导率值在10^-3西门子/米或更高的范围内，则可确定材料是水，并且因此相对电容率可以在75与80之间。一旦估计了相对电容率，便能估计电网络元素的电容部分。随后，通过已知应用电压模式来模拟新阻抗或导纳矩阵，并且确定模拟的电流。在步骤149中，通过迭代地最小化测量电流集合与模拟电流集合之间的误差，完善新电网络。如更早所述，在步骤150中，随后分析完善的电网络以确定多材料对象的特性。基于电导率值并备选地或附加地使用其它传感器信息，如使用来自密度计的信息，可以有其它方式估计材料的相对电容率。此外，可以有诸如人体头部等多材料对象内不同材料的空间分布的先验知识。步骤149使用所有此类信息适当地修改阻抗或导纳矩阵，使得电容或电感部分添加到元素。

计算机50(图2)存储、处理和传递有关应用电压模式、测量电流信号和计算得出的阻抗或导纳矩阵的信息。电压模式一起形成电压集合或应用信号集合，并且测量的电流形成电流集合或测量信号集合。如更早所述，在另一实施例中，可将电流注入电极中，并且可测量电压。如果应用信号集合是电压集合，并且测量信号集合是电流集合，则应用信号集合可由矩阵P表示，并且测量信号集合可由矩阵Q表示。阻抗网络随后由矩阵Z表示，其中

Z＝P*Q^-1                (4)

Q^-1指矩阵Q的逆。然而，矩阵Q是测量信号集合，并且一般是数学上病态的矩阵。因此，难以找到此矩阵的逆。因此，在此情况下，计算导纳矩阵更容易，因为导纳矩阵能够计算为如下给出的：

Y＝Q*P^-1                (5)

应用信号集合具有比测量信号集合更佳的保真度。此外，由于应用信号集合事先已熟知，因此，它能够存储在计算机中，并且其逆也能够存储在计算机中。因此，要确定导纳矩阵，测量信号集合直接乘以应用电压信号的可用逆。在一个实施例中，如果应用信号集合是电流集合M，并且测量信号集合是电压集合S，则对象也可通过阻抗矩阵Z表示和计算得出。在此情况下，阻抗矩阵Z表示为

Z＝S*M^-1                (6)

同样，M^-1表示矩阵M的逆。此处，同样，与计算测量信号集合S的逆相比，计算应用信号集合M的逆是容易的。

在两个等式(5)和(6)中，在一个实施例中，利用伪逆来计算矩阵P和M的逆。伪逆技术例如可包括单侧逆(one-sided inverse)、Drazin逆、群逆、Bott-Duffin逆或Moore-Penrose伪逆。逆计算技术因而用于获得阻抗矩阵或导纳矩阵的直接计算，而不是使用数值方法或迭代方法。等式(5)和(6)的导纳矩阵Y和阻抗矩阵Z随后可计算为：

Y＝Q*((P^HP)^-1*P^H)            (6)

Z＝S*((M^HM)^-1*M^H)            (7)

其中，P^H和M^H是矩阵P和M的共轭转置。

在一些工艺系统中，多材料系统的电网络表示中的导纳或阻抗矩阵元素可随时间变化。然而，由于应用信号集合是恒定的，并且测量信号集合是实时测量的，因此，也可计算时变导纳矩阵或阻抗矩阵。在一个实施例中，不同随机流态模型的各种预计算的表或矩阵存储在计算机中，并且在系统确定电网络表示时，简单地将它与存储的矩阵进行比较，并因此识别多材料对象内的流态和材料分布。在另一实施例中，通过启发式算法来分析导纳或阻抗矩阵以确定多材料对象的材料分布和其它特性。启发式算法例如可包括模糊逻辑算法或遗传算法或神经网络算法。模糊逻辑算法提供基于含糊、不明确、不精确、有噪声或缺失的输入信息得出结论的一种简单方式。模糊逻辑算法的结果是近似的而不是精确的。此外，神经网络可训练成基于多材料对象的历史行为来识别对象的最有可能的材料分布和其它特性。

虽然本文中只示出和描述了本发明的某些特征，但本领域的技术人员将想到许多修改和更改。因此，要理解随附权利要求旨在涵盖落在本发明真正精神内的所有此类修改和更改。

元素列表

10产油设施

12油井

14管道系统

16生产管汇

18多相流计(MPFM)

20生产分离器

40基于电阻抗层析成像的MPFM系统

42电极阵列

44电极

46导管

48电子调节电路

50计算机

52显示器

60应用电压EIT系统的框图

61电极

62电压源

63交换网络

64校准电路

56，57，58，59电场图

80沿导管的外围放置的电极的示意图

82应用到电极的波形的集合

84管道

86油

88水

100用于在ERT中确定阻抗或导纳矩阵的方法

102，104，106，108，110方法步骤

120用于在EIT中确定阻抗或导纳矩阵的方法

122，124，126，128方法步骤

140用于在EIT中确定阻抗或导纳矩阵的方法

142，144，146，148，150方法步骤

Claims (25)

1.一种确定多材料对象的特性的方法，包括：

将各个电信号模式的应用的电信号集合提供到围绕所述对象的电极以用于产生旋转电场；

在所述电极获得对应于每个应用的电信号模式的电信号的测量的电信号集合；

基于所述应用的电信号集合、所述测量的电信号集合和所述应用的电信号集合的逆来确定所述对象的电网络表示；以及

通过分析所述电网络来确定所述多材料对象的特性。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述多材料对象包括油、水和气体。

3.如权利要求1所述的方法，其中当所述电极的总数为偶数时，所述各个电信号模式的最大数量最多等于所述电极的总数；当所述电极的总数为奇数时，所述各个电信号模式的最大数量比所述电极的总数少一。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述各个电信号模式的最大数量最多等于所述电极的数量的一半，以及其中所述电网络包括纯电阻元素。

5.如权利要求4所述的方法，其中确定所述电网络包括将所述应用的电信号集合转换成完全应用的电信号集合以及将所述测量的电信号集合转换成完全测量的电信号集合。

6.如权利要求5所述的方法，其中转换所述应用的电信号集合包括利用已知的电信号模式。

7.如权利要求5所述的方法，其中转换所述测量的电信号集合包括利用所述电网络的纯电阻性质。

8.如权利要求1所述的方法，其中确定所述特性包括确定在所述各个电信号模式的最大数量最多等于所述电极的数量一半时的新电网络。

9.如权利要求8所述的方法，其中确定所述新电网络包括基于所述电网络的电阻值来修改所述电网络。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述新电网络包括电阻和电容元素。

11.如权利要求9所述的方法，其中所述新电网络包括电阻和电感元素。

12.如权利要求8所述的方法，其中确定所述特性包括通过用所述应用的电信号集合模拟它并最小化实际测量的电信号集合与模拟测量的电信号集合之间的误差来完善所述新电网络。

13.如权利要求1所述的方法，其中所述各个电信号模式包括空间谐波模式。

14.如权利要求1所述的方法，其中所述应用的电信号集合包括电压集合，以及所述测量的电信号集合包括电流集合。

15.如权利要求1所述的方法，其中所述应用的电信号集合包括电流集合，以及所述测量的电信号集合包括电压集合。

16.如权利要求1所述的方法，其中所述电网络表示中的导纳或阻抗矩阵元素可随时间变化。

17.如权利要求1所述的方法，其中所述应用的信号集合的逆包括所述应用的信号集合的伪逆。

18.如权利要求1所述的方法，其中分析所述电网络包括基于启发式算法来分析所述电网络。

19.如权利要求1所述的方法，其中所述多材料对象的特性包括所述对象内不同材料的组成和分布。

20.如权利要求1所述的方法，其中确定所述多材料对象的特性包括确定所述多材料对象内的材料的流态、体积分数和速度。

21.如权利要求1所述的方法，其中所述电网络表示包括导纳矩阵或阻抗矩阵。

22.如权利要求21所述的方法，其中所述导纳矩阵的行之和对于每行是零，并且所述导纳矩阵的列之和对于每列是零，以及其中不存在用于电流流过的泄漏路径。

23.一种确定多材料对象的电网络表示的方法，包括：

将各个电信号模式的应用的电信号集合提供到围绕所述对象的电极以用于在所述对象内产生旋转电场；

在所述电极获得对应于每个应用的电信号模式的电信号的测量的电信号集合；以及

基于所述应用的电信号集合、所述测量的电信号集合和所述应用的电信号集合的逆来确定所述多材料对象的电网络表示。

24.一种多材料传感系统，包括：

电源，将各个电信号模式的应用的电信号集合提供到围绕多材料对象的电极以产生旋转电场；

测量单元，在所述电极获得对应于每个应用的电信号模式的电信号的测量的电信号集合；以及

处理电路，基于所述应用的电信号集合、所述测量的电信号集合和所述应用的电信号集合的逆来计算所述对象的电网络表示并且估计所述多材料对象的特性。

25.如权利要求24所述的方法，其中所述多材料对象的特性包括所述系统内材料的组成和分布。