CN102183550B - 非接触式电阻层析成像测量装置及方法 - Google Patents

非接触式电阻层析成像测量装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102183550B
CN102183550B CN201110049817A CN201110049817A CN102183550B CN 102183550 B CN102183550 B CN 102183550B CN 201110049817 A CN201110049817 A CN 201110049817A CN 201110049817 A CN201110049817 A CN 201110049817A CN 102183550 B CN102183550 B CN 102183550B
Authority
CN
China
Prior art keywords
switch
excitation
circuit
detection module
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201110049817A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102183550A (zh
Inventor
王保良
傅三富
冀海峰
黄志尧
李海青
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN201110049817A priority Critical patent/CN102183550B/zh
Publication of CN102183550A publication Critical patent/CN102183550A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102183550B publication Critical patent/CN102183550B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

本发明公开了一种非接触式电阻层析成像测量装置及方法。它由电阻传感器、数据采集模块和计算机组成，电阻传感器与数据采集模块连接，数据采集模块与计算机连接。电阻传感器包括绝缘管道、矩形的金属电极和激励/检测模块，金属电极等间距地安装在绝缘管道的外壁，每个金属电极上都固定有各自的激励/检测模块，所有激励/检测模块通过排线与数据采集模块连接。本发明有效克服了接触式ERT存在的电极极化、腐蚀等问题，同时具有安装方便、结构简单、非侵入、对管道内流体流动无影响等优点，为两相流体的非接触电阻层析成像提供了有益借鉴。

Description

非接触式电阻层析成像测量装置及方法
技术领域
本发明涉及检测技术领域，尤其涉及一种非接触式电阻层析成像测量装置及方法。
背景技术
电阻层析成像（Electrical Resistance Tomography，简称ERT）技术是目前两相流过程层析成像（Process Tomography，简称PT）技术的一个重要分支。该技术的原理是通过获取管道截面上介质的电导率分布信息来重建介质分布的图像。与射线PT、光学PT等PT技术相比，该技术由于具有成本低廉、结构简单、安全性好以及易操作等特点，受到了研究者的广泛关注和重视，成为了过程层析成像技术中的研究热点。
然而，目前的ERT技术是一种接触式测量方法，其电极与被测流体直接接触，存在电极极化效应、电化学腐蚀等问题，从而影响测量的准确性和图像的质量，并且缩短了电极的使用寿命。而且该方法需要在管道上凿孔安装电极，破坏了管道的结构，降低了管道的强度，同时也影响被测流体的流动状态。这些缺点限制了ERT在实际工业领域的应用，特别是存在强酸、强碱等腐蚀性液体的工业生产过程。
电容耦合非接触电导检测（Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection，简写为C4D）方法是由Zemann等和Fracassi da Silva等在1998年分别独立提出的。这种方法已在分析化学领域的毛细管电泳中得到了较成功的应用。而在工业过程生产领域，利用C4D技术进行两相流过程层析成像未见使用。
本发明针对当前电阻层析成像的发展现状，提出了一种基于电容耦合原理进行电阻层析成像的测量系统，克服现有ERT存在的电极极化、腐蚀等问题，提高测量准确性和图像质量。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可避免电极极化、电极腐蚀的非接触式电阻层析成像测量装置及方法。
非接触式电阻层析成像测量装置由电阻传感器、数据采集模块和计算机组成，电阻传感器与数据采集模块连接，数据采集模块与计算机连接；电阻传感器包括绝缘管道、矩形的金属电极和激励/检测模块，金属电极等间距地安装在绝缘管道的外壁，每个金属电极上都固定有各自的激励/检测模块，所有激励/检测模块通过排线与数据采集模块连接。
所述的激励/检测模块包括石英晶体、第一开关、交流激励源、电流/电压转换电路、整流滤波电路、第二开关、控制总线和数据总线；石英晶体与第一开关的第一端口连接，第一开关的第二端口与交流激励源连接，第一开关的第三端口与电流/电压转换电路的输入端连接，电流/电压转换电路的输出端与整流滤波电路的输入端连接，整流滤波电路的输出端与第二开关的第一端口连接，第二开关的第二端口与数据总线连接，第一开关的控制端口和第二开关的控制端口分别与控制总线连接；控制总线上的控制信号控制第一开关和第二开关的开关状态，当激励/检测模块作为激励时，信号通过第一开关从交流激励源流入石英晶体；当激励/检测模块作为检测时，信号通过第一开关从石英晶体流入电流/电压转换电路的输入端，再经过整流滤波电路和第二开关从电流/电压转换电路的输出端流入数据总线。
所述的数据采集模块包括译码器、A/D转换电路、单片机和通信模块，单片机分别与译码器的输入端、A/D转换电路的输出端、A/D转换电路的控制端和通讯模块连接，译码器的输出端与控制总线连接，A/D转换电路的输入端与数据总线连接。
非接触式电阻层析成像测量方法包括：利用绝缘管道外壁上安装的金属电极与绝缘管道内流体形成的耦合电容，将激励/检测模块的激励端产生的交流信号耦合到绝缘管道内，交流信号流经绝缘管道后，再通过耦合电容将交流信号传送到激励/检测模块的检测端；设置激励/检测模块的激励端产生的交流信号的频率等于测量装置等效电路的谐振频率，测量激励/检测模块的检测端上的交流信号，得到被测流体的阻抗，利用各电极对之间的阻抗重建绝缘管道截面上被测流体分布的图像。
本发明与现有技术相比具有有益效果：
1）测量方法为非接触测量，有效克服了接触式ERT存在的电极极化、腐蚀等问题。
2）电极安装方便，无需在管道上打孔，不破坏管道结构，实施简单。
3）非侵入，不影响管道内被测流体的流动状态。
附图说明
图1是非接触式电阻层析成像测量装置的结构示意图；
图2是本发明的激励/检测模块方框图；
图3是本发明的数据采集模块方框图；
图4是本发明的电阻传感器沿管截面方向的剖面图；
图5是本发明的电阻传感器的金属电极分布图；
图6是本发明的电极对之间的等效电路图；
图中：绝缘管道1、金属电极2、激励/检测模块3、数据采集模块4、计算机5。
具体实施方式
如图1所示，非接触式电阻层析成像测量装置，它由电阻传感器、数据采集模块4和计算机5组成，电阻传感器与数据采集模块4连接，数据采集模块4与计算机5连接；电阻传感器包括绝缘管道1、矩形的金属电极2和激励/检测模块3，金属电极2等间距地安装在绝缘管道1的外壁，每个金属电极2上都固定有各自的激励/检测模块3，所有激励/检测模块3通过排线与数据采集模块4连接。
如图2所示，激励/检测模块3包括石英晶体、第一开关、交流激励源、电流/电压转换电路、整流滤波电路、第二开关、控制总线和数据总线；石英晶体与第一开关的第一端口连接，第一开关的第二端口与交流激励源连接，第一开关的第三端口与电流/电压转换电路的输入端连接，电流/电压转换电路的输出端与整流滤波电路的输入端连接，整流滤波电路的输出端与第二开关的第一端口连接，第二开关的第二端口与数据总线连接，第一开关的控制端口和第二开关的控制端口分别与控制总线连接；控制总线上的控制信号控制第一开关和第二开关的开关状态，当激励/检测模块3作为激励时，信号通过第一开关从交流激励源流入石英晶体；当激励/检测模块3作为检测时，信号通过第一开关从石英晶体流入电流/电压转换电路的输入端，再经过整流滤波电路和第二开关从电流/电压转换电路的输出端流入数据总线。
如图3所示，数据采集模块包括译码器、A/D转换电路、单片机和通信模块，单片机分别与译码器的输入端、A/D转换电路的输出端、A/D转换电路的控制端和通讯模块连接，译码器的输出端与控制总线连接，A/D转换电路的输入端与数据总线连接。
非接触式电阻层析成像测量装置的工作流程为：单片机发送控制命令至译码器，译码器对控制命令进行译码，并把命令传送到控制总线上。控制总线上的控制信号控制第一开关的状态，使得其中一个激励/检测模块上的第一开关的一端口与二端口导通，另一个激励/检测模块上的第一开关的一端口与三端口导通，其余的激励/检测模块上的第一开关断开，则这两个电极构成的电极对形成一个交流通路，交流激励源产生的激励信号从一个电极流入，流过管道内的被测流体后从另一个电极上流出。电流/电压转换电路将从电极上流出的电流信号转换为电压信号，该信号由整流滤波电路进行整流滤波。控制总线上的控制信号控制第二开关的状态，使第二开关导通，将整流滤波后的信号传送至A/D转换电路进行A/D转换，单片机获得A/D转换结果并通过通讯模块送至计算机，计算机则依据一定的图像重建算法完成图像的重建。
如图4、图5所示，电阻传感器的12个电极环绕管道一周，等间距地安装在管道外壁上，绝缘管道1采用聚氯乙烯材料，公称直径110mm，管壁厚度2mm，金属电极2为铜片电极，张角为25°，尺寸为25mm×150mm。
如图6所示，测量装置的任意两个电极对之间的等效电路为：第一电感L 1 的一端与第一电阻r 1 的一端连接，第一电阻r 1 的另一端与第一电容C 1 的一端连接，第一电容C 1 的另一端与被测流体等效电阻R的一端连接，被测流体等效电阻R的另一端与第二电容C 2 的一端连接，第二电容C 2 的另一端与第二电阻r 2 的一端连接，第二电阻r 2 的另一端与第二电感L 2 的一端连接。其中，L 1 、r 1 分别为激励信号入口处石英晶体的等效电感和等效电阻，L 2 、r 2 分别为激励信号出口处石英晶体的等效电感和等效电阻，C 1 、C 2 分别为激励信号入口处和出口处金属电极与被测流体形成的耦合电容。
交流激励源输出的激励信号u i 的频率为测量装置等效电路的谐振频率，电路中的感抗与容抗相抵消，电极对之间的等效电路呈现纯阻性，总阻抗为被测流体的等效电阻和石英晶体的等效电阻之和，通过测量流过电极对的电流，可以得到电极对之间被测流体的等效电阻。利用各电极对之间的等效电阻值，可获得管道截面上被测流体分布的图像。
非接触式电阻层析成像测量方法包括：利用绝缘管道1外壁上安装的金属电极2与绝缘管道1内流体形成的耦合电容，将激励/检测模块3的激励端产生的交流信号耦合到绝缘管道1内，交流信号流经绝缘管道1后，再通过耦合电容将交流信号传送到激励/检测模块3的检测端；设置激励/检测模块3的激励端产生的交流信号的频率等于测量装置等效电路的谐振频率，测量激励/检测模块3的检测端上的交流信号，得到被测流体的阻抗，利用各电极对之间的阻抗重建绝缘管道1截面上被测流体分布的图像。

Claims (3)

1.一种非接触式电阻层析成像测量装置，其特征在于它由电阻传感器、数据采集模块（4）和计算机（5）组成，电阻传感器与数据采集模块（4）连接，数据采集模块（4）与计算机（5）连接；电阻传感器包括绝缘管道（1）、矩形的金属电极（2）和激励/检测模块（3），金属电极（2）等间距地安装在绝缘管道（1）周向的外壁，每个金属电极（2）上都固定有各自的激励/检测模块（3），所有激励/检测模块（3）通过排线与数据采集模块（4）连接；所述的激励/检测模块（3）包括石英晶体、第一开关、交流激励源、电流/电压转换电路、整流滤波电路、第二开关、控制总线和数据总线；石英晶体与第一开关的第一端口连接，第一开关的第二端口与交流激励源连接，第一开关的第三端口与电流/电压转换电路的输入端连接，电流/电压转换电路的输出端与整流滤波电路的输入端连接，整流滤波电路的输出端与第二开关的第一端口连接，第二开关的第二端口与数据总线连接，第一开关的控制端口和第二开关的控制端口分别与控制总线连接；控制总线上的控制信号控制第一开关和第二开关的开关状态，当激励/检测模块（3）作为激励时，信号通过第一开关从交流激励源流入石英晶体；当激励/检测模块（3）作为检测时，信号通过第一开关从石英晶体流入电流/电压转换电路的输入端，再经过整流滤波电路和第二开关从电流/电压转换电路的输出端流入数据总线。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式电阻层析成像测量装置，其特征在于所述的数据采集模块包括译码器、A/D转换电路、单片机和通信模块，单片机分别与译码器的输入端、A/D转换电路的输出端、A/D转换电路的控制端和通信模块连接，译码器的输出端与控制总线连接，A/D转换电路的输入端与数据总线连接。
3.一种使用如权利要求1所述装置的非接触式电阻层析成像测量方法，其特征在于：利用绝缘管道（1）外壁上安装的金属电极（2）与绝缘管道（1）内流体形成的耦合电容，将激励/检测模块（3）的激励端产生的交流信号耦合到绝缘管道（1）内，交流信号流经绝缘管道（1）后，再通过耦合电容将交流信号传送到激励/检测模块（3）的检测端；设置激励/检测模块（3）的激励端产生的交流信号的频率等于测量装置等效电路的谐振频率，测量激励/检测模块（3）的检测端上的交流信号，得到被测流体的阻抗，利用各电极对之间的阻抗重建绝缘管道（1）截面上被测流体分布的图像。
CN201110049817A 2011-03-02 2011-03-02 非接触式电阻层析成像测量装置及方法 Expired - Fee Related CN102183550B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110049817A CN102183550B (zh) 2011-03-02 2011-03-02 非接触式电阻层析成像测量装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110049817A CN102183550B (zh) 2011-03-02 2011-03-02 非接触式电阻层析成像测量装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102183550A CN102183550A (zh) 2011-09-14
CN102183550B true CN102183550B (zh) 2012-10-17

Family

ID=44569768

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110049817A Expired - Fee Related CN102183550B (zh) 2011-03-02 2011-03-02 非接触式电阻层析成像测量装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102183550B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109528306A (zh) * 2019-01-08 2019-03-29 华北电力大学（保定） 一种引导髋关节置换修正术的电磁/电阻双模态成像装置

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103018285B (zh) * 2013-01-06 2014-09-03 浙江大学 一种非接触式电导气液两相流相含率测量装置及方法
CN103760197B (zh) * 2014-01-23 2016-02-24 天津大学 一种基于分布式电导传感器的两相流测量系统
CN107745610B (zh) * 2017-10-27 2020-02-14 西安科技大学 基于电阻动态层析成像的车辆轮胎爆胎预警装置及方法
CN109490369B (zh) * 2018-10-08 2020-06-05 浙江大学 一种非接触式电阻抗层析成像装置及方法
CN111044581B (zh) * 2019-12-28 2021-06-29 上海交通大学 可换挡大范围的电容耦合式非接触电导测量装置及方法
CN111481200B (zh) * 2020-04-21 2023-10-10 中国科学院电工研究所 基于电场激励的电阻抗特征参数成像方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5919142A (en) * 1995-06-22 1999-07-06 Btg International Limited Electrical impedance tomography method and apparatus
CN1378080A (zh) * 2001-03-29 2002-11-06 浙江大学 电容层析成像电容测量系统
CN1821762A (zh) * 2006-03-21 2006-08-23 天津大学 双模电成像系统传感器及基于该传感器的图像重建方法
CN101241094A (zh) * 2008-03-12 2008-08-13 天津大学 非接触式电阻抗传感器及基于该传感器的图像重建方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005031751B4 (de) * 2005-07-07 2017-09-14 Drägerwerk AG & Co. KGaA Elektroimpedanztomographie-Gerät mit Gleichtaktsignalunterdrückung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5919142A (en) * 1995-06-22 1999-07-06 Btg International Limited Electrical impedance tomography method and apparatus
CN1378080A (zh) * 2001-03-29 2002-11-06 浙江大学 电容层析成像电容测量系统
CN1821762A (zh) * 2006-03-21 2006-08-23 天津大学 双模电成像系统传感器及基于该传感器的图像重建方法
CN101241094A (zh) * 2008-03-12 2008-08-13 天津大学 非接触式电阻抗传感器及基于该传感器的图像重建方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Zhiyao Huang,et al..Application of Electrical Capacitance Tomography to the Void Fraction Measurement of Two-Phase Flow.《IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT》.2003,第52卷(第1期),7-12. *
周建会等.一种改进的电阻层析硬件系统设计.《传感技术学报》.2010,第23卷(第1期),43-46. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109528306A (zh) * 2019-01-08 2019-03-29 华北电力大学（保定） 一种引导髋关节置换修正术的电磁/电阻双模态成像装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN102183550A (zh) 2011-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102183550B (zh) 非接触式电阻层析成像测量装置及方法
CN105353223B (zh) 一种使用电容耦合式非接触电导测量装置的测量方法
CN101387613B (zh) 基于串联谐振的电容耦合式非接触电导的测量装置及方法
CN103235013B (zh) 非接触式一体化电容/电阻双模态层析成像测量装置及方法
CN103018285B (zh) 一种非接触式电导气液两相流相含率测量装置及方法
CN102323302B (zh) 非接触式电阻层析成像数据采集装置及方法
CN103941099B (zh) 基于虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置及其方法
CN102323442B (zh) 一种流体流速流量测量装置及方法
CN101609113B (zh) 基于双屏蔽结构和串联谐振的非接触电导测量装置和方法
CN103675460A (zh) 基于相敏解调的电容耦合式非接触电导的测量装置及方法
CN205080193U (zh) 基于环状结构的非接触式流体电阻抗测量装置
CN106199205A (zh) 基于单边虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置及方法
CN106291119B (zh) 一种电导率测量方法、电路及电导率测量仪
CN111751625A (zh) 一种基于lc电路的非接触式电导测量装置及方法
CN104459333B (zh) 工业型电容耦合式双电感结构非接触电导测量装置及方法
CN205246806U (zh) 一种远程电缆在线检测系统
CN102360025A (zh) 一种小通道流体流速流量测量装置及方法
CN101957403B (zh) 石英晶体振荡器激励的非接触电导测量装置和方法
CN202209964U (zh) 一种流体流速流量测量装置
CN102645553B (zh) 一种流体流速流量测量装置及方法
CN105301365B (zh) 非接触式流体电阻抗测量装置及方法
CN108828029B (zh) 基于插入式电容传感器的含水率测量装置
CN202204828U (zh) 一种小通道流体流速流量测量装置
CN205080194U (zh) 基于径向结构的非接触式流体电阻抗测量装置
CN202066914U (zh) 工业型电容耦合式非接触电导在线测量装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20121017

Termination date: 20150302

EXPY Termination of patent right or utility model