CN112730542B - 一种平面阵列电容值成像传感器 - Google Patents

一种平面阵列电容值成像传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN112730542B
CN112730542B CN202011100626.1A CN202011100626A CN112730542B CN 112730542 B CN112730542 B CN 112730542B CN 202011100626 A CN202011100626 A CN 202011100626A CN 112730542 B CN112730542 B CN 112730542B
Authority
CN
China
Prior art keywords
measurement
electrode
excitation
imaging sensor
array
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.)
Active
Application number
CN202011100626.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112730542A (zh
Inventor
范文茹
王驰
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.)
Civil Aviation University of China
Original Assignee
Civil Aviation University of China
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 Civil Aviation University of China filed Critical Civil Aviation University of China
Priority to CN202011100626.1A priority Critical patent/CN112730542B/zh
Publication of CN112730542A publication Critical patent/CN112730542A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112730542B publication Critical patent/CN112730542B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/24—Investigating the presence of flaws
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/226—Construction of measuring vessels; Electrodes therefor

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

本发明公开了一种平面阵列电容值成像传感器，包括激励电极、测量电极、绝缘基板、周围屏蔽、底部屏蔽与绝缘保护层，激励电极、测量电极、周围屏蔽、底部屏蔽与绝缘保护层印刷在绝缘基板上，绝缘保护层印刷在绝缘基板的上表面，底部屏蔽印刷在绝缘基板的下表面。激励电极与测量电极之间间隔较薄的绝缘基板，或激励电极与测量电极交叉铺设位于靠近绝缘保护层的同一平面。本发明的有益效果是：能够在减少移动带来的距离与角度误差影响下取得较佳的成像效果。

Description

一种平面阵列电容值成像传感器
技术领域
本发明属于电容成像传感器技术领域，特别涉及一种阵列电容值成像传感器。
背景技术
对于物体检测与损伤探测，尤其是介质的介电常数呈现各向异性时，损伤机理十分复杂，很难准确的估计与测量，而且检测通常只能单侧操作，传统电学层析成像难以实施，因此对于平面电容成像技术的研究具有重要意义。
平面阵列电容值成像(Planar Array Capacitance imaging,PACI)根据分布在同一平面内的电极阵列获得一组列电容测量值，并利用被测介质介电常数ε与介质分布之间的关系重建介质分布的图像，具有广泛的应用场景。目前，通常采用的是移动电容电极对来获取C扫描电容测量值，单次测量时仅能获取一个电容测量值。由于采用电容值C扫描成像方法时，传感器与被测介质之间的距离与夹角对会对观测值产生较大的影响，因此研究如何有效减少该移动误差具有重要意义。
对于平面电容值的传感器设计上，国内外许多研究人员提出了多种不同的设计方案。Diamond G.G.等人设计了一种背对背三角形传感器(Diamond,G.G.,Hutchins,D.A.,Gan,T.H.,Purnell,P.,&Leong,K.K.(2006).Single-sided capacitive imaging forNDT.Insight,48(12),724-730.)在材料中产生电场分布，并且通过扫描被测场域来获取电势的变化量从而反映介质的分布。此后，成对的电容值成像传感器的形状(Yin,X.,Diamond,G.G.,&Hutchins,D.A.(2009).Further investigations into capacitiveimaging for NDE.Insight,51(9),484-490.)、灵敏度(Yin,X.,Hutchins,D.A.,Chen,G.,&Li,W.(2013).Investigations into the measurement sensitivity distribution ofcoplanar capacitive imaging probes.Ndt&E International,58,1-9.)及提升效应(Yin,X.,Li,C.,Li,Z.,Li,W.,&Chen,G.(2018).Lift-off Effect for CapacitiveImaging Sensors.Sensors,18(12),4286.)逐渐被探究。
现有平面电容传感器主要采用扫描的方式来获取整个场域的介质分布情况，但在移动过程中产生的角度与距离的变化会影响观测的电容值。因此，一种减少移动的传感器应当被考虑。
发明内容
针对上述技术中的不足，本发明的目的是提供一种能够减少移动并有效反映介质分布的平面阵列电容值成像传感器，在尽可能少移动的情况下反映介质分布，从而使得在采用电容值成像时取得较佳的成像效果。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种平面阵列电容值成像传感器，包括平行设置的上部绝缘保护层、中间测量层、第一绝缘基板层和底部屏蔽层，所述测量层包括激励电极与测量电极分别连接形成的激励电极阵列、测量电极阵列，所述激励电极阵列、测量电极阵列的电极交叉铺设形成同一测量通道平面位于第一绝缘基板层上面，且在周围设有外圈屏蔽。
所述测量电极阵列形成的测量通道平面位于第一绝缘基板层上面，且在周围设有外圈屏蔽；所述激励电极阵列形成的测量通道平面位于第一绝缘基板层下面，且在周围设有外圈屏蔽；所述所述激励电极阵列形成的测量通道平面与底部屏蔽层之间设有第二绝缘基板层。
所述激励/测量电极阵列分别包括多个正方形铜层电极连接而成。
所述单个激励、测量通道为同平面正方形旋转45度后由同平面的长方形串接而成，激励与测量通道之间夹角为90度，激励与测量电极位于不同平面。
所述激励与测量电极不复用，共形成8个激励通道与8个测量通道；测量完成时共可获得64个观测电容值。
所述激励电极、测量电极、周围屏蔽、底部屏蔽均为铜层
本发明的有益效果是：能够在减少移动带来的距离与角度误差影响下取得较佳的成像效果。
附图说明
图1是本发明的一种平面阵列电容值成像传感器实施例1的整体结构示意图；
图2是本发明的一种平面阵列电容值成像传感器实施例1的电极相对位置与结构图；
图3是本发明的一种平面阵列电容值成像传感器实施例1的部件构成示意图；
图4是本发明的一种平面阵列电容值成像传感器实施例2的整体结构示意图；
图5是本发明的一种平面阵列电容值成像传感器实施例2的电极相对位置与结构图；
图6是本发明的一种平面阵列电容值成像传感器实施例2的部件构成示意图；
图7是本发明的一种平面阵列电容值成像传感器实施例1的成像效果示意图。
图中：
1-1，2-1、绝缘保护层 1-2，2-2、测量电极
1-3,2-3、外圈屏蔽 1-4，2-4、绝缘基板
1-5，2-5、激励电极 1-6,2-6、底部屏蔽
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
本发明的一种平面阵列电容值成像传感器，包括激励电极、测量电极、绝缘基板、周围屏蔽、底部屏蔽与绝缘保护层。激励电极、测量电极、周围屏蔽、底部屏蔽与绝缘保护层印刷在绝缘基板上。激励电极、测量电极、周围屏蔽、底部屏蔽均为铜层。绝缘保护层印刷在绝缘基板的上表面，底部屏蔽印刷在绝缘基板的下表面。
方式一，测量电极贴近绝缘保护层，且各测量电极均匀分布在同一平面；激励电极与测量电极之间间隔较薄的绝缘基板，各激励电极也均匀分布在同一平面；激励电极与测量电极交叉铺设，通过此特有结构使两电极不相互遮挡。
方式二，测量电极与激励电极均位于靠近绝缘保护层的同一平面；激励电极与测量电极交叉铺设，通过内部接线方式来避免电极之间相互遮挡。
实施例1
如图1至图3所示，传感器的主体包括1-1绝缘保护层、1-2测量电极、1-3外圈屏蔽、1-4绝缘基板、1-5激励电极、1-6底部屏蔽，传感器由上至下分别为绝缘保护层、测量电极包括外圈屏蔽、绝缘基板、激励电极包括外圈屏蔽、绝缘基板与底部屏蔽。激励电极与测量电极位于不同平面，测量电极靠近绝缘保护层，激励电极远离绝缘保护层。激励电极与测量电极同一平面的外部均有与电极形状相匹配的外圈屏蔽。
单个激励、测量通道为同平面正方形旋转45度后由同平面的长方形串接而成，激励与测量通道之间夹角为90度，为保证激励与测量电极之间的电绝缘，激励与测量电极位于不同平面。x与y方向张成水平平面，激励、测量电极所在平面与x-y平面平行；z方向垂直于x-y平面。
测量时，逐个激励激励电极并对测量电极进行扫描检测。每次激励结束时可获得8个观测电容数据，全部激励完成时共获得64个测量数。
激励、测量通道为8个，但本发明亦可以采用其他激励、测量通道数，如4,8,12等，需要与测量通道中串接正方形额个数相匹配。
每个激励、测量通道由9个旋转45度的正方形串联而成，但本发明亦可采用其他正方形设置，如10,11,12等，但需要与测量通道匹配设置。
纵向为z方向，连接为圆柱体，但本发明基板亦可以采用其他形状，如长方体。
如图7所示，是实施例1的成像效果示意图。被检测十字形与圆形物体置于传感器上方，对激励电极逐个施加电压信号，测量电极接地，检测每个测量电极与激励电极之间的电容值，并利用所测得的电容值进行成像。
实施例2
如图4至6所示，传感器由上至下分别为绝缘保护层2-1、激励电极2-5和测量电极2-2、外圈屏蔽2-3、绝缘基板2-4与底部屏蔽2-6。激励电极2-5、测量电极2-2与外圈屏蔽2-3位于同一平面，外圈屏蔽2-3与实施例1相似。
与实施例1不同，本实施例中激励、测量通道位于同一平面，激励、测量电极之间不再存在一层单独的绝缘基板。单个激励、测量通道为同平面的正方形旋转45度后再由向-z方向纵深的金属柱与横纵延伸的金属线连接，激励与测量通道之间夹角为90度。如图5，为了保证电绝缘，激励与测量电极采用不同的向下纵深深度。
其他与实施例1相同。
本实施例中，x与y方向张成水平平面，激励、测量电极所在平面与x-y平面平行；z方向垂直于x-y平面。
实施例1、2中，仅设置了外壳屏蔽，但本发明亦可以加入激励、测量通道之间的屏蔽。传感器为PCB铜层电极，但本发明也可以采用其他材质的电极。
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)

1.一种平面阵列电容值成像传感器，其特征是：包括平行设置的上部绝缘保护层、中间测量层、第一绝缘基板层、激励层、第二绝缘基板层和底部屏蔽层，所述激励电极阵列、测量电极阵列的通道为同平面正方形旋转45度后由同平面的长方形串接而成，激励与测量通道之间夹角为90度，激励与测量电极位于不同平面，激励电极与测量电极间隔一层绝缘基板形成激励电极阵列层与测量电极阵列层，所述激励电极阵列、测量电极阵列的电极交叉铺设，各激励电极与测量电极之间形成激励测量对，互相不覆盖形成若干测量通道，且在激励与测量电极阵列周围设各有外圈屏蔽。
2.根据权利要求1所述平面阵列电容值成像传感器，其特征是：所述激励/测量电极分别包括多个正方形铜层电极连接而成。
3.根据权利要求2所述平面阵列电容值成像传感器，其特征是：所述激励与测量电极不复用，共形成8个激励通道与8个测量通道；测量完成时共可获得64个观测电容值。
4.根据权利要求1所述平面阵列电容值成像传感器，其特征是：所述激励电极、测量电极、周围屏蔽、底部屏蔽均为铜层。
CN202011100626.1A 2020-10-15 2020-10-15 一种平面阵列电容值成像传感器 Active CN112730542B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011100626.1A CN112730542B (zh) 2020-10-15 2020-10-15 一种平面阵列电容值成像传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011100626.1A CN112730542B (zh) 2020-10-15 2020-10-15 一种平面阵列电容值成像传感器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112730542A CN112730542A (zh) 2021-04-30
CN112730542B true CN112730542B (zh) 2023-01-17

Family

ID=75597263

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011100626.1A Active CN112730542B (zh) 2020-10-15 2020-10-15 一种平面阵列电容值成像传感器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112730542B (zh)

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102297884A (zh) * 2011-07-06 2011-12-28 北京工业大学 一种多阵列自适应电容层析成像传感器装置
CN102973269A (zh) * 2012-12-24 2013-03-20 重庆大学 一种交叉平面电阻抗成像测量装置及方法
EP2788744A1 (en) * 2011-12-09 2014-10-15 HM Technology International Limited Capacitive matrix sensor for measuring permittivity of an object
CN204855437U (zh) * 2015-06-17 2015-12-09 中国石油大学(华东) 一种平面电容层析成像传感器
CN106959325A (zh) * 2017-04-07 2017-07-18 燕山大学 一种平面阵列电极电容传感器、成像系统及成像方法
CN107179852A (zh) * 2016-03-11 2017-09-19 先进传感技术有限公司 使用行电极和列电极的电容成像装置和方法
CN107340322A (zh) * 2017-06-08 2017-11-10 西安理工大学 多通道三角阵列平面电容传感器无损检测装置和方法
CN207007763U (zh) * 2017-06-08 2018-02-13 西安理工大学 一种三角平面阵列式电容传感器
CN108037309A (zh) * 2017-11-01 2018-05-15 西安理工大学 颗粒速度分布的差分式平面电容传感器阵列测量方法
CN207946390U (zh) * 2017-11-30 2018-10-09 清华大学 用于多孔介质绝缘板材渗水检测的平行电容阵列传感器
CN109283230A (zh) * 2018-11-30 2019-01-29 燕山大学 一种平面阵列电容成像方法及系统
CN109580729A (zh) * 2018-11-29 2019-04-05 哈尔滨理工大学 一种电容层析传感器检测系统
AU2019201061A1 (en) * 2018-02-16 2019-09-05 ETEL Limited A capacitive sensor
CN110514703A (zh) * 2019-09-06 2019-11-29 哈尔滨工业大学 一种平面式的电容层析成像系统及检测方法
CN111579604A (zh) * 2020-05-20 2020-08-25 中国民航大学 一种可旋转的平面电容层析成像传感器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6842018B2 (en) * 2002-05-08 2005-01-11 Mcintosh Robert B. Planar capacitive transducer

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102297884A (zh) * 2011-07-06 2011-12-28 北京工业大学 一种多阵列自适应电容层析成像传感器装置
EP2788744A1 (en) * 2011-12-09 2014-10-15 HM Technology International Limited Capacitive matrix sensor for measuring permittivity of an object
CN102973269A (zh) * 2012-12-24 2013-03-20 重庆大学 一种交叉平面电阻抗成像测量装置及方法
CN204855437U (zh) * 2015-06-17 2015-12-09 中国石油大学(华东) 一种平面电容层析成像传感器
CN107179852A (zh) * 2016-03-11 2017-09-19 先进传感技术有限公司 使用行电极和列电极的电容成像装置和方法
CN106959325A (zh) * 2017-04-07 2017-07-18 燕山大学 一种平面阵列电极电容传感器、成像系统及成像方法
CN107340322A (zh) * 2017-06-08 2017-11-10 西安理工大学 多通道三角阵列平面电容传感器无损检测装置和方法
CN207007763U (zh) * 2017-06-08 2018-02-13 西安理工大学 一种三角平面阵列式电容传感器
CN108037309A (zh) * 2017-11-01 2018-05-15 西安理工大学 颗粒速度分布的差分式平面电容传感器阵列测量方法
CN207946390U (zh) * 2017-11-30 2018-10-09 清华大学 用于多孔介质绝缘板材渗水检测的平行电容阵列传感器
AU2019201061A1 (en) * 2018-02-16 2019-09-05 ETEL Limited A capacitive sensor
CN109580729A (zh) * 2018-11-29 2019-04-05 哈尔滨理工大学 一种电容层析传感器检测系统
CN109283230A (zh) * 2018-11-30 2019-01-29 燕山大学 一种平面阵列电容成像方法及系统
CN110514703A (zh) * 2019-09-06 2019-11-29 哈尔滨工业大学 一种平面式的电容层析成像系统及检测方法
CN111579604A (zh) * 2020-05-20 2020-08-25 中国民航大学 一种可旋转的平面电容层析成像传感器

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Evaluation of planar 3D electrical capacitance tomography: from single-plane to dual-plane configuration;Hsin-Yu Wei et al.;《Measurement Science and Technology》;20150430;第26卷(第6期);第1-13页 *
平面式电容传感器阵列激励模式研究;王挺 等;《传感器与微系统》;20120920;第31卷(第9期);第71-74页 *
面向CFRP板材的平面式电容传感器设计优化;范文茹 等;《仪器仪表学报》;20200731;第41卷(第7期);第63-71页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112730542A (zh) 2021-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7385392B2 (en) Eddy current sensing arrays and system
CN107340322B (zh) 多通道三角阵列平面电容传感器无损检测装置和方法
CA1256180A (en) Electrographic apparatus
CN208255152U (zh) 超声涡流复合无损检测的柔性探头
EP2519828B1 (en) System for measuring an electromagnetic field
CN204855437U (zh) 一种平面电容层析成像传感器
KR100341094B1 (ko) 멀티프로브 유니트 및 그것을 갖춘 측정장치
EP0228177A2 (en) Flexible eddy-current coil and coil array for nondestructive testing
US20130106409A1 (en) Eddy current array probe
CN207007763U (zh) 一种三角平面阵列式电容传感器
CN112730542B (zh) 一种平面阵列电容值成像传感器
CN109580771B (zh) 双方形激励柔性涡流阵列传感器
JP2009545733A (ja) 分離した放射／受信機能により導電部の渦電流検査を行う方法及びデバイス
CN103015974B (zh) 一种油基泥浆测井仪测量探头
US4996392A (en) Superconductor magnetic image detection device
CN107024170B (zh) 一种磁悬浮平面电机动子悬浮高度测量系统及方法
WO2022116581A1 (zh) 一种多极化模式组合的阵列式探地雷达天线及其控制方法
CN115247999A (zh) 基于直书写打印的裂纹扩展长度监测用格栅传感器及方法
US6972573B2 (en) Device and method for inspecting circuit board
Zeng et al. Combined sensor for capacitive imaging and size measurement for surface features
DE4211548A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum zweidimensional ortsauflösenden Testen von Stromverteilungen in einem Detektionsobjekt und zugehörige Anwendung bei Printplatten
CN111579604A (zh) 一种可旋转的平面电容层析成像传感器
CN201548623U (zh) 显示面板驱动芯片的测试装置
CN206076234U (zh) 基于内向s型导线的多层结构像元及图像传感器
JPH0762691B2 (ja) 電気特性測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant