CN207946390U - 用于多孔介质绝缘板材渗水检测的平行电容阵列传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种用于多孔介质绝缘板材渗水的平行电容阵列传感器，属于电容层析成像技术领域，包括激励检测电极板和多个电极接口，激励检测电极板内侧依次是被测多孔介质绝缘板材和作为公共电极的舱体金属外壳；激励检测电极板内侧设有阵列电极，各电极与相应的一个激励检测电极接口连接并分别与公共电极形成一个电极对；激励检测电极板的外侧覆盖有屏蔽层；阵列电极与公共电极间形成的垂直区域为检测敏感区域，被测多孔绝缘板材的尺寸完全覆盖该敏感区域沿被测多孔绝缘板材所在平面方向的投影面积。本实用新型具有操作方便、检测效率高、检测深度深、获取信息量大及扩展性强的特点。
Description
技术领域
本实用新型属于电容层析成像技术领域，特别涉及一种用于多孔介质绝缘板材渗水检测的平行电容阵列传感器。
背景技术
随着科学技术的发展，复合材料在船舶与海洋工程领域得到了广泛应用。船舶结构长期浸泡在恶劣的海洋环境中，由于海水具有强烈的腐蚀性，包裹在船舶舱体外壳(通常由铁皮制成)外围的复合材料如多孔介质绝缘板材(该板材多用于具有吸声要求的船舶)很容易被腐蚀造成该复合材料与舱体外壳接触处乃至舱体内部渗水，从而影响船舶结构整体的承载能力。
统计数据表明，由于海水腐蚀已导致90％的船舶退役。船舶表层的复合材料属于多孔结构，从船舶金属壳体与船舶表层复合材料间的粘接缝渗入的水会沿着船舶表层复合材料的孔隙渗入到复合材料中，直接影响船舶表层复合材料的性能和寿命。因此为了确保船舶安全服役，有必要对船舶表层的复合材料进行渗水检测并进行异常定位。
由于船舱舱体的外壳呈现出封闭特性，目前所存针对舱体外壳检测的电容传感器大多为单平面电容传感器，由于单平面电容传感器是依靠电容边缘效应的原理，检测深度有限，大多应用在飞机舱体外壳等的检测。目前所用平面电容传感器的电极形状大多为圆形，在检测精度、抗干扰能力等方面面临着巨大的挑战。针对特殊应用下船舶舱体外壳包裹着厚厚的多孔介质绝缘板材，目前所存的电容传感器很难满足实际测量需求。
实用新型内容
本实用新型的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题，提出一种用于多孔介质绝缘板材渗水检测的平行电容阵列传感器。本实用新型具有操作方便、检测效率高、检测深度深、获取信息量大及扩展性强的特点。
本实用新型采用如下技术方案：
一种用于多孔介质绝缘板材渗水的平行电容阵列传感器，包括激励检测电极板和多个电极接口，所述激励检测电极板的内侧依次是被测多孔介质绝缘板材和舱体金属外壳，利用金属的导电性将被测区域的舱体金属外壳作为公共电极；所述激励检测电极板的内侧设有与被测多孔介质绝缘板材相接触的阵列电极，该阵列电极由N个平行设置的矩形电极构成，每个矩形电极与位于激励检测电极板上相对应的一个激励检测电极接口连接；所述激励检测电极板的外侧覆盖有用于避免外界噪声信号干扰和内部电场泄露的屏蔽层；所述激励检测电极板上还设有共地电极接口；所述被测舱体金属外壳上设有共地电极接口和公共电极接口；所述激励检测电极板上的任一电极与公共电极形成一个电极对，阵列电极与公共电极间形成的垂直区域为检测敏感区域，被测多孔绝缘板材的尺寸完全覆盖该敏感区域沿被测多孔绝缘板材所在平面方向的投影面积。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、便携性强。本实用新型采用平行板电极的测量原理，在检测过程中，公共电极始终接地，为电极对测量电容时提供了天然电极，减小了平行电容阵列传感器的尺寸，阵列电极通过旋转角度获取多维信息，减少了阵列电极的电极数量。小型化的检测装置不受时间，地点的限制，操作灵活，便捷。
2、检测准确度高。本实用新型所涉及的阵列电极所包含的N个平行设置的矩形电极的宽度和长度可以根据测量精度进行调整，满足较高的测量精度。
3、探测深度深。本实用新型利用平行板电极对的探测深度远远大于相同大小的平面电极的探测深度，完成特殊环境下的多孔绝缘板材的渗水测量。
4、获取电容信息大。本实用新型采用了旋转平行阵列电极的角度获取正交电容信息的思想，可以进一步调整电极的长度，达到可以旋转任意角度，获取多维电容信息。
5、扩展性强。本实用新型所提出的设计思想也可以进一步应用到其他领域所涉及到的绝缘板材的内部异常检测。根据敏感区域内物质变化会引起电容传感器极板间电容量的随机变化的思想，可以采用本实用新型用来故障检测并定位故障位置。
本实用新型其它附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本实用新型平行电容阵列传感器一个实施例的整体结构示意图；
图2是图1中激励测试电极板的结构示意图；
图3是被测舱体金属外壳的结构示意图；
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参照下面的描述和附图，将清楚本实用新型的实施例和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本实用新型的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本实用新型的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本实用新型的实施例的范围不受此限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
图1为根据本实用新型一个实施例的用于多孔介质绝缘板材渗水检测的平行电容阵列传感器。如图1所示，包括激励检测电极板3和多个电极接口，激励检测电极板的内侧依次是被测多孔介质绝缘板材1和舱体金属外壳2，利用金属的导电性将被测区域的舱体金属外壳作为公共电极；激励检测电极板的内侧设有与被测多孔介质绝缘板材1相接触的阵列电极，该阵列电极由N个(电极的个数由所处的实际测量环境中多孔介质绝缘板材的厚度和渗水位置决定)平行设置的矩形电极构成(根据测量精度的具体需求，阵列电极的宽度可以发生变化)，每个矩形电极与位于激励检测电极板上相对应的一个激励检测电极接口连接，矩形的电极结构可增加电极对的有效面积；激励检测电极板的外侧覆盖有屏蔽层C1，用于避免外界噪声信号的干扰和内部电场的泄露，提高测量精度；激励检测电极板上还设有共地电极接口；被测舱体金属外壳上设有共地电极接口和公共电极接口；激励检测电极板上的任一电极与公共电极形成一个电极对(电极对之间的距离即为被测多孔介质绝缘板材的厚度)，阵列电极与公共电极间形成的垂直区域为检测敏感区域，被测多孔绝缘板材的尺寸完全覆盖该敏感区域沿被测多孔绝缘板材所在平面方向的投影面积；通过激励检测电极板沿检测敏感区域中心水平旋转90°，测量因待测多孔绝缘板材渗水程度和位置变化导致的介电常数分布不均匀而引起的各电极对的横向、纵向二维电容变化，具体地平行阵列电容传感器将敏感区域内不同含量的物质转换为各电极对内的电容值。
本实用新型平行电容阵列传感器内的电极接口与外部的电容测量装置连接，由该电容测量装置获得本平行电容阵列传感器的电容值，并通过后续的数据处理和分析方法可进行漏水位置和渗水程度的判断，从而实现多孔介质绝缘板材的渗水检测。
实施例：
图2为本实施例的激励检测电极板3的俯视图，该激励检测电极板3采用常规的方形PCB板，该PCB板内侧中央区域设有N＝16个平行设置的矩形电极，电极长度均为60mm，宽度均为6mm，电极间隙均为2mm；该激励检测电极板上设有1个共地电极接口S9和均匀排列的与各矩形电极相连的激励检测电极接口E1～E16；该PCB板外侧覆盖有屏蔽层C1；该PCB板通过粘贴方式与其内侧的被测多孔介质绝缘板材固定，且被测多孔介质绝缘板材内的孔洞的范围远远大于激励检测电极板上设置阵列电极的区域。
图3为本实施例的被测舱体金属外壳的结构示意图，其中心区域作为公共电极，且该中心区域全完覆盖激励检测电极板中央区域的阵列电极；该被测舱体金属外壳上设有1个公共电极接口E17和1个共地电极接口S10。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (1)
1.一种用于多孔介质绝缘板材渗水的平行电容阵列传感器，其特征在于，包括激励检测电极板和多个电极接口，所述激励检测电极板的内侧依次是被测多孔介质绝缘板材和舱体金属外壳，利用金属的导电性将被测区域的舱体金属外壳作为公共电极；所述激励检测电极板的内侧设有与被测多孔介质绝缘板材相接触的阵列电极，该阵列电极由N个平行设置的矩形电极构成，每个矩形电极与位于激励检测电极板上相对应的一个激励检测电极接口连接；所述激励检测电极板的外侧覆盖有用于避免外界噪声信号干扰和内部电场泄露的屏蔽层；所述激励检测电极板上还设有共地电极接口；所述被测舱体金属外壳上设有共地电极接口和公共电极接口；所述激励检测电极板上的任一电极与公共电极形成一个电极对，阵列电极与公共电极间形成的垂直区域为检测敏感区域，被测多孔绝缘板材的尺寸完全覆盖该敏感区域沿被测多孔绝缘板材所在平面方向的投影面积。
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