CN110006962A - 管道污水可燃气泡状态电容层析成像检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污水处理领域，提供一种管道污水可燃气泡状态电容层析成像检测方法，该方法将平面阵列n×m电容传感器包裹在被测管道周向，并在被测管道轴向至少布置两组电容传感器，将电容传感器通电测量每片电极Aij与之对应的径向A(i+n/2)j电容值，同一周向每组电极之间电容值[x1，x2，…，xn/2]，再根据被测流体流速方向，逐级检测同一电容传感器上轴向所有电极之间的电容值B，将B矩阵数值在圆柱坐标系内建立气泡大小的三维图像，再将至少两组电容传感器建立的气泡大小的三维图像进行比较分析，确定在被测管道内部气泡大小变化值。不仅可以检测流体内气泡状态与状态变化，且精度高，效率高。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种管道污水可燃气泡状态电容层析成像检测方法。
背景技术
电容层析成像技术(Electrical Capacitance Tomography，ECT)是一种响应快、测量精度高的无损检测方法，特别在复合材料、气液两相流的空隙率测量、流型辨识等方面有着广泛的应用。
电容层析传感器通常包括驱动电极、传感电极，放置的方式通常有并联或相对。被测物体与电容内部询问电场相互作用，材料中的不同成分使得局部介电常数发生变化，从而改变了电场线的分布，从而可以反应在电容的大小上，从而起到成像测量的作用。
污水管道内流动通常含有较多的有毒、有害、可燃气体气泡，例如，甲烷、硫化氢、一氧化碳等，可燃气泡一旦积累过多，不仅压力剧增，而且会产生安全隐患。CN 109283230A公开了一种平面阵列电容成像方法应用于平面阵列电容成像装置，该平面阵列电容成像装置包括电容传感器、数据测量及采集模块和计算机，所述平面阵列电容成像方法包括：获得所述数据测量及采集模块采集的初始电容值；通过模糊C均值聚类算法对所述初始电容值进行分类，保留符合所述模糊C均值聚类算法收敛的电容值；将所述收敛电容值作为图像重建值，对所述图像重建值采用非迭代图像处理算法或迭代图像处理算法进行缺陷图像的重建，其主要在图像重建方面进行算法设计。然而，管道污水属于液体-气体两相的流动流体，运动的被测流体随着管道内气压变化，可燃气体的气泡大小变化，传统的检测方法很难清晰地检测其状态及其变化情况，精度低。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出管道污水可燃气泡状态电容层析成像检测方法，该管道污水可燃气泡状态电容层析成像检测方法能够多级、逐次采样，可以将管道污水可燃气泡状态成像出来，且能够将管道污水可燃气泡状态变化在圆柱坐标系成像，不仅精度高，而且效率高。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：该管道污水可燃气泡状态电容层析成像检测方法包括以下步骤：
步骤S1，将平面阵列n×m电容传感器包裹在被测管道外壁，使得每片电极Aij径向均有一片A(i+n/2)j与之对应，其中i∈(1,n)，j∈(1,m)，n,m∈N+，在所述被测管道轴向至少布置两组所述电容传感器；
步骤S2，将布置完的所述电容传感器通电，检测同一周向的每组电极之间电容值，即Aij与A(i+n/2)j电容值，同一周向每组电极之间电容值[x1，x2，…，xn/2]；
步骤S3，根据被测流体流速方向，从流体流入方向，逐级检测同一所述电容传感器上轴向所有电极之间的电容值B：
步骤S4，将B矩阵数值在圆柱坐标系内建立气泡大小的三维图像；
步骤S5，将至少两组所述电容传感器建立的气泡大小的三维图像进行比较分析，确定在所述被测管道内部气泡大小变化值。
优选地，在所述步骤S1中，m值为大于1的正整数。
优选地，所述电容传感器与电容层析成像检测系统采用电连接，且检测电容变化范围0.001pF～0.1pF。
优选地，在所述步骤S1中，n值为大于1的正偶数。
优选地，在所述步骤S3中，根据被测流体流速方向，从流体流入方向，逐级检测电极Aij与电极Ai(j+1)电容值，被测流体流速为v，轴向两电极之间间距为z，即电极Aij与电极Ai(j+1)之间间距为z，电极Ai(j+1)采样时间晚于电极Aij采样时间，时间间隔为
优选地，在所述步骤S5中，根据被测流体流速方向，被测流体流速为v，从流体流入方向设置的第一组电容传感器测量电容值B1，第二组电容传感器测量电容值B2，第一组电容传感器与第二组电容传感器之间的管道内部气泡变化即为B2-B1，在圆柱坐标系内建立三维图像。
优选地，在所述步骤S5中，第一组电容传感器与第二组电容传感器之间间距为T，第二组电容传感器采样时间晚于第一组电容传感器采样时间，时间间隔为
相对于现有技术，本发明的管道污水可燃气泡状态电容层析成像检测方法，将平面阵列n×m电容传感器包裹在被测管道外壁，使得每片电极Aij径向均有一片A(i+n/2)j与之对应，在所述被测管道轴向至少布置两组所述电容传感器；根据被测流体流速方向，从流体流入方向，逐级检测同一所述电容传感器上轴向所有电极之间的电容值B，将B矩阵数值在圆柱坐标系内建立气泡大小的三维图像，从而建立气泡在某时刻下的状态三维图像，精度高，且效率高；再将至少两组所述电容传感器建立的气泡大小的三维图像进行比较分析，确定在所述被测管道内部气泡大小变化值，可以反映出气泡随着时间动态变化，进而提高检测的精度。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为本发明的管道污水可燃气泡状态电容层析成像检测方法步骤图；
图2为图1中的管道污水可燃气泡状态电容层析成像检测平面阵列n×m电容传感器、被测管道的示意图；
图3为n×m电容传感器包裹在被测管道外壁的示意图；
图4为n×m电容传感器包裹在被测管道外壁径向示意图。
附图标记说明：
1 电容传感器 2 被测管道
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
为了解决背景技术部分所指出的管道污水可燃气泡状态检测方法精度不高，且不能观察气泡随管道内部气压变化而变化，很难定量检测管道内气泡状态变化，如图1-图4所示，提供一种管道污水可燃气泡状态电容层析成像检测方法，该所述管道污水可燃气泡状态电容层析成像检测方法包括以下步骤：
步骤S1，将平面阵列n×m电容传感器1包裹在被测管道2外壁，使得每片电极Aij径向均有一片A(i+n/2)j与之对应，其中i∈[1,n]，j∈[1，m],n,m∈N+，在所述被测管道2轴向至少布置两组所述电容传感器1；
步骤S2，将布置完的所述电容传感器1通电，检测同一周向的每组电极之间电容值，即Aij与A(i+n/2)j电容值，同一周向每组电极之间电容值[x1，x2，…，xn/2]；
步骤S3，根据被测流体流速方向，从流体流入方向，逐级检测同一所述电容传感器1上轴向所有电极之间的电容值B：
步骤S4，将B矩阵数值在圆柱坐标系内建立气泡大小的三维图像；
步骤S5，将至少两组所述电容传感器1建立的气泡大小的三维图像进行比较分析，确定在所述被测管道2内部气泡大小变化值。
为了更好地对称布置电极形成电容，如图2-图4所示，同j层的每片电极Aij都轴对称布置在所述被测管道周向，例如，当n＝8时，第1片电极A1j与第1片电极A5j形成一组电极。
为了在同一组电容传感器测量更多的数据以提高检测精度，优选情况下，在所述步骤S1中，m值为大于1的正整数。
为了更好地灵敏度检测微量气泡分布，所述电容传感器1与电容层析成像检测系统采用电连接，且检测电容变化范围0.001pF～0.1pF，更为优选的情况下，采用0.001pF～0.02pF之间的电容传感器1。
为了在被测管道周向合理布置电极数量和在周向检测数量，在所述步骤S1中，n值为大于1的正偶数，更为优选的情况下，n值为8～16。
为了对管道内同一个截面进行检测且对同一截面气泡的状态进行检测，在所述步骤S3中，根据被测流体流速方向，从流体流入方向，逐级检测电极Aij与电极Ai(j+1)电容值，被测流体流速为v，轴向两电极之间间距为z，即电极Aij与电极Ai(j+1)之间间距为z，电极Ai(j+1)采样时间晚于电极Aij采样时间，时间间隔为
为了更好地检测精度，同一组电极Aij与A(i+n/2)j之间的采样周期以被测流体运动速度v而定，更为优先的情况下，采样周期为0.01s～1s。
为了更好地成像反映流体内部气泡状态变化值与成像效果，在所述步骤S5中，根据被测流体流速方向，被测流体流速为v，从流体流入方向设置的第一组电容传感器测量电容值B1，第二组电容传感器测量电容值B2，第一组电容传感器与第二组电容传感器之间的管道内部气泡变化即为B2-B1，在圆柱坐标系内建立三维图像。
为了更好地反映出同一截面气泡在管道不同位置的变化情况，在所述步骤S5中，第一组电容传感器与第二组电容传感器之间间距为T，第二组电容传感器采样时间晚于第一组电容传感器采样时间，时间间隔为
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种管道污水可燃气泡状态电容层析成像检测方法，其特征在于，所述管道污水可燃气泡状态电容层析成像检测方法包括以下步骤：
步骤S1，将平面阵列n×m电容传感器(1)包裹在被测管道(2)外壁，使得每片电极Aij径向均有一片A(i+n/2)j与之对应，其中i∈(1,n)，j∈(1,m)，n,m∈N+，在所述被测管道(2)轴向至少布置两组所述电容传感器(1)；
步骤S2，将布置完的所述电容传感器(1)通电，检测同一周向的每组电极之间电容值，即Aij与A(i+n/2)j电容值，同一周向每组电极之间电容值[x1，x2，…，xn/2]；
步骤S3，根据被测流体流速方向，从流体流入方向，逐级检测同一所述电容传感器(1)上轴向所有电极之间的电容值B：
步骤S4，将B矩阵数值在圆柱坐标系内建立气泡大小的三维图像；
步骤S5，将至少两组所述电容传感器(1)建立的气泡大小的三维图像进行比较分析，确定在所述被测管道(2)内部气泡大小变化值。
2.根据权利要求1所述的管道污水可燃气泡状态电容层析成像检测方法，其特征在于，在所述步骤S1中，m值为大于1的正整数。
3.根据权利要求1所述的管道污水可燃气泡状态电容层析成像检测方法，其特征在于，所述电容传感器(1)与电容层析成像检测系统采用电连接，且检测电容变化范围0.001pF～0.1pF。
4.根据权利要求1所述的管道污水可燃气泡状态电容层析成像检测方法，其特征在于，在所述步骤S1中，n值为大于1的正偶数。
5.根据权利要求1所述的管道污水可燃气泡状态电容层析成像检测方法，其特征在于，在所述步骤S3中，根据被测流体流速方向，从流体流入方向，逐级检测电极Aij与电极Ai(j+1)电容值，被测流体流速为v，轴向两电极之间间距为z，即电极Aij与电极Ai(j+1)之间间距为z，电极Ai(j+1)采样时间晚于电极Aij采样时间，时间间隔为
6.根据权利要求1所述的管道污水可燃气泡状态电容层析成像检测方法，其特征在于，在所述步骤S5中，根据被测流体流速方向，被测流体流速为v，从流体流入方向设置的第一组电容传感器测量电容值B1，第二组电容传感器测量电容值B2，第一组电容传感器与第二组电容传感器之间的管道内部气泡变化即为B2-B1，在圆柱坐标系内建立三维图像。
7.根据权利要求6所述的管道污水可燃气泡状态电容层析成像检测方法，其特征在于，在所述步骤S5中，第一组电容传感器与第二组电容传感器之间间距为T，第二组电容传感器采样时间晚于第一组电容传感器采样时间，时间间隔为
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN112857712A (zh) * | 2021-01-18 | 2021-05-28 | 西安石油大学 | 一种用于埋地卧式油罐渗漏监测的跨平面阵列传感器 |
| CN114460008A (zh) * | 2022-02-16 | 2022-05-10 | 西南石油大学 | 一种井口泡沫检测装置和方法 |
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN112857712A (zh) * | 2021-01-18 | 2021-05-28 | 西安石油大学 | 一种用于埋地卧式油罐渗漏监测的跨平面阵列传感器 |
| CN114460008A (zh) * | 2022-02-16 | 2022-05-10 | 西南石油大学 | 一种井口泡沫检测装置和方法 |
| CN114460008B (zh) * | 2022-02-16 | 2023-11-21 | 西南石油大学 | 一种井口泡沫检测装置和方法 |
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