CN109557144A - 一种集成式电容/电磁双模态层析成像传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种集成式电容/电磁双模态层析成像传感器，包括排布在同一测量截面上的多个测量通道。其特征在于，每个测量通道包括由内侧向外侧设置的ECT电极、EMT线圈和外屏蔽层，外屏蔽层与仪器地相连。

Description

一种集成式电容/电磁双模态层析成像传感器
技术领域
本发明涉及一种电学层析成像传感器，特别是一种集成式的电容/电磁双模态层析成像传感器。
背景技术
电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography,ECT)和电磁层析成像(Electromagnetic Tomography,EMT)是电学层析成像的两种模态。两者基本原理相似：通过布置于被测场域边界的电极/线圈阵列获取一系列的电容/互感测量值，并利用电容/互感测量值与被测场域内的介质分布之间的关系进行图像重建，得到被测场域内的介质分布图像。其中，ECT主要对介质的介电常数ε敏感(其测量值也会受到电导率σ的影响)，而EMT则主要对介质的磁导率μ和电导率σ敏感。传感器是ECT、EMT系统测量信息的源泉。通常ECT传感器在每个测量截面上的电极个数为8、12或16；EMT传感器在每个测量截面上的线圈个数也多为8、12或16。
在电容/互感测量时，1个激励电极/线圈与1个测量电极/线圈以成对工作。这种情况下，有效的电容/互感测量值为n(n-1)/2，其中n为电极/线圈个数。当电极/线圈个数为12时，有效的测量数为66个。
在石油化工行业中，重油加氢过程中使用的气液固三相流化床应用日益广泛，需要对其各相分布进行检测与监控。气液固三相流是一种十分复杂的流动过程，很难准确地进行预测、计算和测量，其流动状态会随流速、流体的性质、操作条件和流体管道的变化而变化，在一些工业应用中往往还伴随着质量、动量、以及热量的瞬时传递，使得流动过程更加复杂，难以用数学公式完全将其描述出来。因而单模态的电学层析成像技术难以对气液固三相流进行有效的识别，这使得多模态电学层析成像技术的研究具有现实意义。
在多模态电学层析成像传感器设计上，国内外研究人员提出了多种不同的设计方案。QiuC等人设计基于ECT/ERT的双模态传感器(Qiu C,Hoyle B S,Podd F JW.Engineering and application of a dual-modality process tomographysystem.Flow Measurement and Instrumentation,18(5),247-254.)，不同模态的电极位于不同截面，结构简单，但是这种结构集成度不高，不同模态无法检测同一时刻同一截面的多相流分布信息，为数据融合带来困难。Hjertaker B T等人设计的ECT/CT双模态传感器(Hjertaker B T,Tjugum S A,Hammer E A,et al.Multimodality tomographyformultiphase hydrocarbon flow measurements.IEEE sensors journal,5(2),153-160.)和LiY等人设计的ECT/ERT双模态传感器(Li Y,Yang W.Measurement of multi-phase distribution using an integrated dual-modality sensor.IEEEInternational Workshop on Imaging Systems and Techniques,335-339.)则是采用集成式的设计，其中ECT电极和CT传感器或者ERT电极采用共截面、间隔排列的结构设计，结构简单，但是两种模态之间会产生相互影响。
现有方法在实现ECT/EMT双模态测量时，通常采用两类结构设计：(1)不同模态传感器位于不同截面；(2)不同模态传感器共截面、间隔排列。前者集成度不高，数据融合困难，后者两种模态间相互影响较大。
发明内容
针对上述技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种集成式的电容/电磁双模态层析成像传感器，以实现ECT及EMT模态在同一测量截面对被测流体进行同时测量，从而有效提高两模态测量数据的融合程度，采用时分复用或频分复用的工作方式，可以减小两种模态间的相互影响。技术方案如下：
一种集成式电容/电磁双模态层析成像传感器，包括排布在同一测量截面上的多个测量通道，其特征在于，每个测量通道包括由内侧向外侧设置的ECT电极、EMT线圈和外屏蔽层，外屏蔽层与仪器地相连。
优选地，采用时分复用或频分复用的工作方式，时分复用方式，是指在电容测量时，EMT线圈浮空或接地；在互感测量时，ECT电极浮空；频分复用的方式，是指ECT电容测量与EMT互感测量时分别采用不同的激励频率，采用具有窄带滤波作用的相敏解调器分别获取电容与互感的测量数据。所述的传感器制作在PCB板上，ECT电极为PCB铜层电极，EMT线圈固定在PCBFR4层。在EMT线圈的外部覆盖有软磁片。
附图说明
图1是双模态传感器整体结构示意图；
图2是传感器的俯视及其尺寸示意图；
图3是传感器的单个测量通道结构示意图。
图中：
1、绝缘管道 2、一个测量通道 3、外屏蔽层 4、PCB铜层电极
5、PCBFR4层 6、平面线圈 7、软磁片
具体实施方式
结合附图及实施例对本发明的集成式电容/电磁双模态层析成像传感器结构加以说明。
图1所示为本发明的集成式电容/电磁双模态层析成像传感器的整体结构示意图，图2给出了该传感器的俯视及尺寸示意图。如图1和2，传感器的主体包括有绝缘管道1、12个测量通道2和外屏蔽层3。其中，绝缘管道1的材质为有机玻璃或其他绝缘材料，内径外径分别为：95mm、100mm；每个测量通道2集成有1个ECT电极传感器(即1个PCB铜层电极4)和1个EMT线圈传感器(由2个平面线圈6串联而成)，12个测量通道对称放置于绝缘管道外壁，宽度为27mm；轴向长度在本例中为100mm。
图3给出了双模态传感器一个测量通道2的结构示意图，由1个ECT电极传感器和1个EMT线圈传感器组成。其中ECT电极4为PCB的铜层，EMT传感器由两个平面线圈6串联组成。两个平面线圈6都贴附在PCB的FR4层5上固定。每个平面线圈6后附带高磁导率的软磁片7，用于增强测量信号和屏蔽外部磁场干扰。
在双模态传感器中，ECT电极传感器和EMT线圈传感器集成于同一截面，ECT电极传感器在内侧，EMT线圈传感器在外侧。采用时分复用或频分复用的工作方式，以减小两种模态之间的相互干扰。时分复用是指在ECT电容测量时，EMT线圈传感器浮空/接地，在EMT互感测量时，ECT电极传感器浮空。频分复用的方式，是指ECT电容测量与EMT互感测量时分别采用不同的激励频率；而测量时采用具有窄带滤波作用的相敏解调器分别获取电容与互感的测量数据。
双模态传感器的集成化设计，将两种模态的传感器放置于同一测量截面，使得不同模态可以测量管道同一截面的多相流流体信息，提高了电容电磁双模态层析成像系统的数据融合能力；双模态传感器采用时分复用或频分复用的工作方式，减小了两种模态间的相互干扰。
本实施例中，包含测量通道12个，但本发明亦可采用其他通道数目，如4、6、8、16等。
本实施例中，各电极/线圈构成均匀排列的圆形阵列，但本发明亦可采用其他形式的阵列，各电极/线圈亦可采用不均匀的排列形式。
本实施例中，ECT传感器采用PCB铜层电极，但本发明亦可采用其他电极类型。
本实施例中，单个测量通道的EMT线圈传感器采用2个小尺寸线圈串联，但本发明亦可采用1个大尺寸的线圈或更多数量的小尺寸串联线圈。
本实施例中，线圈后附带高磁导率的软磁片作为电磁屏蔽层，但本发明亦可以不附带软磁片，或使用其他电磁屏蔽方式。
以上对本发明进行示意性描述，并不局限于此，附图中所示只有是本发明的实施方式之一，若本领域研究人员在不脱离本发明宗旨的情况下，提出与该技术方案相似的结构形式，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种集成式电容/电磁双模态层析成像传感器，包括排布在同一测量截面上的多个测量通道。其特征在于，每个测量通道包括由内侧向外侧设置的ECT电极、EMT线圈和外屏蔽层，外屏蔽层与仪器地相连。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，采用时分复用或频分复用的工作方式，时分复用方式，是指在电容测量时，EMT线圈浮空或接地；在互感测量时，ECT电极浮空；频分复用的方式，是指ECT电容测量与EMT互感测量时分别采用不同的激励频率，采用具有窄带滤波作用的相敏解调器分别获取电容与互感的测量数据。
3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述的传感器制作在PCB板上，ECT电极为PCB铜层电极，EMT线圈固定在PCB FR4层上或者绘制在PCB板内。
4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，在EMT线圈的外部覆盖有软磁片。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110186999A (zh) * 2019-05-10 2019-08-30 天津大学 基于lcr表/阻抗分析仪的电容/电磁双模态成像测量系统
WO2021130160A1 (en) * 2019-12-23 2021-07-01 Flodatix Limited Electromagnetic sensor for measuring electromagnetic properties of a fluid and/or a solid comprising a flexible substrate

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005036207A2 (en) * 2003-06-11 2005-04-21 Konsulteurope Limited Limited Liability Joint Stoc Security scanners with capacitance and magnetic sensor arrays
CN101025404A (zh) * 2007-03-05 2007-08-29 天津大学 Ect/ert双模态成像系统交叉式复合阵列传感器
CN103235013A (zh) * 2013-03-25 2013-08-07 浙江大学 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
US20150198682A1 (en) * 2012-02-01 2015-07-16 General Electric Company Radio frequency (rf) body coil assembly for dual-modality imaging
CN205049507U (zh) * 2015-10-27 2016-02-24 杨婉琪 三维ect与ert双模态复合传感器装置
CN107014896A (zh) * 2017-03-28 2017-08-04 中国人民解放军国防科学技术大学 一种集成式电磁电容平面阵列传感器及其制备方法
CN107561461A (zh) * 2017-07-18 2018-01-09 天津大学 一种高磁导率催化剂流化床电学成像传感器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005036207A2 (en) * 2003-06-11 2005-04-21 Konsulteurope Limited Limited Liability Joint Stoc Security scanners with capacitance and magnetic sensor arrays
CN101025404A (zh) * 2007-03-05 2007-08-29 天津大学 Ect/ert双模态成像系统交叉式复合阵列传感器
US20150198682A1 (en) * 2012-02-01 2015-07-16 General Electric Company Radio frequency (rf) body coil assembly for dual-modality imaging
CN103235013A (zh) * 2013-03-25 2013-08-07 浙江大学 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
CN205049507U (zh) * 2015-10-27 2016-02-24 杨婉琪 三维ect与ert双模态复合传感器装置
CN107014896A (zh) * 2017-03-28 2017-08-04 中国人民解放军国防科学技术大学 一种集成式电磁电容平面阵列传感器及其制备方法
CN107561461A (zh) * 2017-07-18 2018-01-09 天津大学 一种高磁导率催化剂流化床电学成像传感器

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JORGE R. SALAS AVILA ET.AL: "A noval dual modality sensor with sensitivities to permittivity, conductivity and permeability", 《IEEE SENSORS JOUNAL》 *
王丕涛等: "基于内阵列电极的ECT/ERT双模态成像", 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 *
谭超等: "多模态流动成像技术研究进展", 《仪器仪表学报》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110186999A (zh) * 2019-05-10 2019-08-30 天津大学 基于lcr表/阻抗分析仪的电容/电磁双模态成像测量系统
WO2021130160A1 (en) * 2019-12-23 2021-07-01 Flodatix Limited Electromagnetic sensor for measuring electromagnetic properties of a fluid and/or a solid comprising a flexible substrate
GB2590662A (en) * 2019-12-23 2021-07-07 Flodatix Ltd Electromagnetic sensor
GB2590662B (en) * 2019-12-23 2022-10-12 Flodatix Ltd Electromagnetic sensor

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