CN109765274A - 基于ect的占空比可调的双阵列传感器系统 - Google Patents

Abstract

一种基于ECT的占空比可调的双阵列传感器系统。其包括屏蔽罩、多个差分电极、多个测量电极和可调支架；多个测量电极以间隔方式呈环形利用可调支架安装在管道的外圆周面外侧；多个差分电极通过可调支架安装在多个测量电极的外侧，每个差分电极与一个测量电极的位置相对应且测量电极和差分电极同心设置；差分电极和测量电极均通过导线依次与外部的数据采集系统及成像系统相连接；屏蔽罩设在差分电极外侧。本发明通过添加差分电极，在测量有效电容值时可使精确度得到很大的改善，可从成像效果直观地反应出来。ECT系统的应用非常广泛，所以在一些工业应用中，差分电极相对于隔离电极要安装容易一些，起到去噪效果，要比隔离电极效果更好一些。

Description

基于ECT的占空比可调的双阵列传感器系统

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，特别是涉及一种基于ECT的占空比可调的双阵列传感器系统。

背景技术

在石油、化工、冶金、电力、能源及环境监测等工业领域使用的管道中，存在着大量的两相或者多相混合流动的物质，而且一般均需要获取多相流的各相浓度分布、多相流的流量和流速等参数，并将这些参数作为实时监测的参考量。目前电容层析成像(ECT)技术已经应用于这些领域，并取得了不错的成效。根据敏感器件的测量原理，过程层析成像技术可分为：声学式ET系统、核磁共振PT、电学式ET系统(电阻、电磁感应和电容式)、核子(如X射线、γ射线、正电子法和种子射线)等。

ECT技术因其具有无侵入性、安全性、响应速度快、安装便捷以及成本低等，使得这项技术在工业过程可视化检测中成为一项极具发展潜力的技术。随着各项技术的不断发展，国内外的研究人员依然对这项技术进行不断的研究和创新，研究内容主要包括四部分：传感器系统的优化、数据采集系统的研究、图像重建算法的改善以及工业应用。

现有的ECT电容传感器系统中相邻极板间存在干扰电容，因干扰电容会影响电容测量的精度值，因此成为引起图像重建误差偏大的一个重要因素。

另外，在工业两相流监测与医学临床监护的研究中，当ECT的电极放置在被测物质的周围时通常具有好的检测效果。但是传统的ECT传感器系统都是单层电极，在实际的工业应用中，目前的技术还不能将隔离电极嵌入到绝缘管道，而且嵌入到绝缘管道也会影响管道的使用寿命和质量。

传统的ECT传感器系统中测量电极都是固定在管道壁上，由于测量电极到管道中心的距离是固定不变，因此占空比(EGR)也是不变的，所以被测物质在管道内的位置不同，大小不同时由无法选择合适的占空比，这样就不能得到效果更佳的重建图像，因此需要设计一种新型传感器系统，可以针对不同的流型调节出最佳占空比。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于ECT的占空比可调的双阵列传感器系统。

为了达到上述目的，本发明提供的基于ECT的占空比可调的双阵列传感器系统包括屏蔽罩、多个差分电极、多个测量电极和可调支架；其中，所述的多个测量电极以间隔的方式呈环形利用可调支架安装在管道的外圆周面外侧；多个差分电极通过可调支架安装在多个测量电极的外侧，并且每个差分电极与一个测量电极的位置相对应且测量电极和差分电极同心设置；差分电极和测量电极均通过导线依次与外部的数据采集系统及成像系统相连接；屏蔽罩设置在差分电极的外侧，起屏蔽外侧干扰作用。

所述的差分电极和测量电极均为12个，并且相邻差分电极和相邻测量电极间等间距设置。

本发明提供的基于ECT的占空比可调的双阵列传感器系统具有如下优点：

(1)通过添加差分电极，在测量有效电容值时可使精确度得到很大的改善，而且可以从成像效果直观地反应出来。ECT系统的应用非常广泛，所以在一些工业应用中，差分电极相对于隔离电极要安装容易一些，而且，起到的去噪效果，因此要比隔离电极效果更好一些。

(2)本系统具有很强的可行性，能根据被测物体的需要方便地调节占空比，从而可得到更高质量的重建图像。

(3)电容层析成像技术(ECT)逆问题中软场效应的影响和重建图像时使用的传统迭代类算法迭代次数多，成像速度慢，在某些工业需求不能满足实时监测和图像重建效果佳的使用效果。将占空比可调传感器系统与改进算法进行结合使用，通过仿真实验得到更佳的成像效果，使其得到广泛的使用。

附图说明

图1为采用本发明提供的基于ECT的占空比可调的双阵列传感器系统的ECT系统结构图。

图2为本发明提供的基于ECT的占空比可调的双阵列传感器系统结构示意图。

图3为本发明提供的基于ECT的占空比可调的双阵列传感器系统中差分电极电容测量图。

图中：1、屏蔽罩 2、差分电极 3、测量电极 4、管道5、管道介质 6、成像区域 7、被测物质

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1、图2所示，本发明提供的基于ECT的占空比可调的双阵列传感器系统包括屏蔽罩1、多个差分电极2、多个测量电极3和可调支架；其中，所述的多个测量电极3以间隔的方式呈环形利用可调支架安装在管道4的外圆周面外侧；多个差分电极2通过可调支架安装在多个测量电极3的外侧，并且每个差分电极2与一个测量电极3的位置相对应且测量电极3和差分电极2同心设置；差分电极2和测量电极3均通过导线依次与外部的数据采集系统及成像系统相连接；屏蔽罩1设置在差分电极2的外侧，起屏蔽外侧干扰作用。

所述的差分电极2和测量电极3均为12个，并且相邻差分电极2和相邻测量电极3间等间距设置。

现将本发明提供的基于ECT的占空比可调的双阵列传感器系统的工作原理阐述如下：

测量电极3之间不需设置隔离电极，可通过对差分电极2的激励来消除测量电极3之间的耦合电容。差分电极2设置在测量电极3与屏蔽罩1之间，差分电极2与测量电极3同步变化，测量电极3与差分电极2之间不需设置任何部件，由可调支架来固定两者之间的相对距离，通过调节可节支架来控制测量电极3到管道4中心的距离，即占空比可调节。通过给测量电极3和差分电极2相反的正弦激励电压，即+v和-v，来消除相邻极板间的干扰电容。管道介质5为管道壁材料、成像区域6空场时默认为空气、被测物质7为物场时所被测的场内物质。如图3所示，测量电极Em1和Em2之间的电容Cm与差分电极Ed1和Ed2之间的电容Cd不同，但可以通过调节电容Cd来平衡。通过分别向测量电极Em1和差分电极Ed1施加电压，即1V和-1V，使得流过测量电极Em2和差分电极Ed2的电流极性相反。通过将测量电极Em2和差分电极Ed2连接到C/V电路上，电流在运算放大器的反相输入端相加，并转换成电压信号，其幅度与(Cm-Cd)的值成正比。由于测量电极Em2和差分电极Ed2都被保持在虚拟地，测量电极Em2和差分电极Ed2之间实际上没有电位差，这不会导致任何电流通过电容Cp2。同时，电容Cp1不会通过电容Cm和Cd产生电流。电容Cp1和Cp2不会影响电路的输出信号。

Claims (2)

1.一种基于ECT的占空比可调的双阵列传感器系统，其特征在于：所述的基于ECT的占空比可调的双阵列传感器系统包括屏蔽罩(1)、多个差分电极(2)、多个测量电极(3)和可调支架；其中，所述的多个测量电极(3)以间隔的方式呈环形利用可调支架安装在管道(4)的外圆周面外侧；多个差分电极(2)通过可调支架安装在多个测量电极(3)的外侧，并且每个差分电极(2)与一个测量电极(3)的位置相对应且测量电极(3)和差分电极(2)同心设置；差分电极(2)和测量电极(3)均通过导线依次与外部的数据采集系统及成像系统相连接；屏蔽罩(1)设置在差分电极(2)的外侧，起屏蔽外侧干扰作用。

2.根据权利要求1所述的基于ECT的占空比可调的双阵列传感器系统，其特征在于：所述的差分电极(2)和测量电极(3)均为12个，并且相邻差分电极(2)和相邻测量电极(3)间等间距设置。