CN213986287U - 基于液固两相流体的ert电阻传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了基于液固两相流体的ERT电阻传感器，其包括若干个电极、交流激励源、处理器和空管检测电路，所述空管检测电路包括放大滤波电路、减法器和低通滤波器；所述交流激励源的正极和负极分别与相邻两个电极一一对应电性连接，放大滤波电路的输入端与剩余电极中任一个电极电性连接，放大滤波电路的输出端分别与减法器的第一输入端以及处理器的模拟输入端电性连接。通过设置电阻分压电路，当管道处于空管状态时，通过调节电阻分压电路中的阻值，使得减法器输出为0，即可消除零点电压，电阻分压电路的阻值调节可以通过人工调节，也可以通过现有的电位计控制芯片进行调节，调零方式简单，并且结构简单；通过采用处理器直接给减法器第二输入端赋值的方法，相比现有的人工调零方法，调零精度更高，同时，还可以保证系统的实时性以及增加系统的准确性。

Description

基于液固两相流体的ERT电阻传感器

技术领域

本实用新型涉及ERT技术领域，尤其涉及基于液固两相流体的ERT电阻传感器。

背景技术

ERT(电阻层析成像)技术是一种基于电阻传感器原理的层析成像技术，通过测量电阻率的分布来获得多相介质的分布。实际操作中，电极均匀等间距的布设在管道内壁，激励电流通过相邻两电极注入建立敏感场，在其它的相邻电极对上测量边界电压，然后依次切换到下一个相邻电极对上进行激励，再在其它的相邻、非激励电极对上测量电压。重复上述过程直到所有的相邻电极对都激励过、所有的独立测量电压都检测过。

当管道内部没有任何流体时，即处于空管状态，此时，由于硬件电路和传感器都存在误差，因此检测电极时会检测到一个微小的电压，实际测得的电压并不是零，目前，通过调零电路消除这个微小电压信号。由于加工和安装工序存在误差，不同检测电极之间的微小电压值有所不同，在进行调试以及检测前，都需要手动对零点进行调节，存在操作不方便以及调零精度不高的问题，因此，为了解决上述问题，本实用新型提供基于液固两相流体的ERT电阻传感器，采用硬件控制方式代替人工调零，及时有效的满足对不同零点的调节。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了基于液固两相流体的ERT电阻传感器，采用硬件控制方式代替人工调零，及时有效的满足对不同零点的调节。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了基于液固两相流体的ERT电阻传感器，其包括若干个电极、交流激励源、处理器和空管检测电路，空管检测电路包括放大滤波电路、减法器和低通滤波器；

交流激励源的正极和负极分别与相邻两个电极一一对应电性连接，放大滤波电路的输入端与剩余电极中任一个电极电性连接，放大滤波电路的输出端分别与减法器的第一输入端以及处理器的模拟输入端电性连接，处理器的模拟输出端通过低通滤波器与减法器的第二输入端电性连接，减法器的输出端与处理器的模拟输入端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，空管检测电路还包括电阻分压电路；

电阻分压电路的输入端与减法器的第二输入端电性连接，电阻分压电路的输出端接地。

进一步优选的，空管检测电路还包括电压跟随器；

电压跟随器的输入端分别与低通滤波器的输出端以及电阻分压电路的输入端电性连接，电压跟随器的输出端与减法器的第二输入端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，空管检测电路还包括钳位保护电路；

减法器的输出端通过钳位保护电路与处理器的模拟输入端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，放大滤波电路包括仪表放大器和高通滤波器；

仪表放大器的差分输入端与某个电极电性连接，仪表放大器的输出端通过高通滤波器与减法器的第一输入端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，减法器包括：电阻R3-R5和第一运算放大器LMC6484；

放大滤波电路的输出端通过电阻R3与第一运算放大器LMC6484反相输入端电性连接，第一运算放大器LMC6484的同相输入端通过电阻R5接地，电阻R4并联在第一运算放大器LMC6484的反相输入端及其输出端之间，第一运算放大器LMC6484的输出端与处理器的模拟输入端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，低通滤波器包括：电阻R1、电阻R2、电容C1和第二运算放大器LMC6484；

处理器的模拟输出端通过电阻R2分别与电阻R1的一端以及电容C1的一端电性连接，电容C1的另一端与第二运算放大器LMC6484的输出端电性连接，电阻R1的另一端分别与电容C2的一端以及第二运算放大器LMC6484的同相输入端电性连接，电容C2接地，第二运算放大器LMC6484的反相输入端与其输出端电性连接，第二运算放大器LMC6484的输出端与电压跟随器的输入端电性连接。

进一步优选的，电阻分压电路包括：电位器RP1和电阻R6；

电位器RP1的一端与电源电性连接，电位器RP1的调节端与电压跟随器的输入端电性连接，电位器RP1的另一端通过电阻R6接地。

本实用新型的基于液固两相流体的ERT电阻传感器相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过设置电阻分压电路，当管道处于空管状态时，通过调节电阻分压电路中的阻值，使得减法器输出为0，即可消除零点电压，电阻分压电路的阻值调节可以通过人工调节，也可以通过现有的电位计控制芯片进行调节，调零方式简单，并且结构简单；

(2)通过采用处理器直接给减法器第二输入端赋值的方法，相比现有的人工调零方法，调零精度更高，同时，还可以保证系统的实时性以及增加系统的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型基于液固两相流体的ERT电阻传感器的结构图；

图2为实施例1的电路图；

图3为实施例2的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1所示，本实用新型的基于液固两相流体的ERT电阻传感器，其包括若干个电极、交流激励源、处理器和空管检测电路。

若干个电极，在测量区域构建一个电极阵列，建立敏感场，通过电极在敏感场边界施加电压激励，当敏感场内电导率分布发生变化时，敏感场内的电势分布随之变化，导致敏感场边界上的测量电压发生相应的变化，结合构成两相流各相具有不同的确定电导率特征，通过判断敏感场内介质的电导率分布，来获得敏感场内的各相介质分布信息。

交流激励源，在电极上施加电压激励。由于采用直流激励以及其他方式的激励，会产生极化现象，因此，本实施例中，使用交流电流激励源向电极上施加幅值恒定的正弦电流信号，可以有效消除极化现象，并且采用电压测量的测量方法。本实施例中，交流激励源的正极和负极分别与相邻两个电极一一对应电性连接。

空管检测电路，检测ERT电阻传感器是否处于空管状态，并在空管状态时进行调零，消除空管状态下的误差电压。本实施例中，空管检测电路包括放大滤波电路、减法器、电压跟随器、电阻分压电路和钳位保护电路。其中，交流激励源的正极和负极分别与相邻两个电极一一对应电性连接，放大滤波电路的输入端与剩余电极中任一个电极电性连接，放大滤波电路的输出端与减法器的第一输入端，电阻分压电路通过电压跟随器与减法器的第二输入端，减法器的输出端与处理器的模拟输入端电性连接。

放大滤波电路，用于检测剩余电极中任一个电极上的电压信号，并对该电压信号进行放大和滤波处理。本实施例中，放大滤波电路的输入端与剩余电极中任一个电极电性连接，放大滤波电路的输出端与减法器的第一输入端电性连接。优选的，放大滤波电路包括仪表放大器和高通滤波器；具体的，仪表放大器的差分输入端与某个电极电性连接，仪表放大器的输出端通过高通滤波器与减法器的第一输入端电性连接。

减法器，当管道处于空管状态时，由于硬件电路和传感器都存在误差，因此检测电极时会检测到一个微小的电压，实际测得的电压并不是零，因此，本实施例中设置减法器消除这个微小电压信号。本实施例中，放大滤波电路的输出端分别与减法器的第一输入端以及处理器的模拟输入端电性连接，处理器的模拟输出端通过低通滤波器与电压跟随器的输入端电性连接，电阻分压电路的输入端与电压跟随器的输入端电性连接，电阻分压电路的输出端接地，电压跟随器的输出端与减法器的第二输入端电性连接。优选的，如图2所示，减法器包括：电阻R3-R5和第一运算放大器LMC6484；放大滤波电路的输出端通过电阻R3与第一运算放大器LMC6484反相输入端电性连接，第一运算放大器LMC6484的同相输入端通过电阻R5接地，电阻R4并联在第一运算放大器LMC6484的反相输入端及其输出端之间，第一运算放大器LMC6484的输出端与处理器的模拟输入端电性连接。其中，将处理器的模拟输入端标记为ADC_0。

电阻分压电路，当管道处于空管状态时，提供人工调零或者硬件调零的方式，通过调节电阻分压电路中的阻值，使得减法器输出为0，即可消除零点电压。本实施例中，电阻分压电路包括：电位器RP1和电阻R6；电位器RP1的一端与电源电性连接，电位器RP1的调节端与电压跟随器的输入端电性连接，电位器RP1的另一端通过电阻R6接地。其中，当管道处于空管状态时，减法器的第一输入端输入某电极上采集的电压信号，减法器的第二输入端输入电阻分压电路分配的电压值，减法器输出端输出两个输入端相减之后的结果，此时，通过调节电位器RP1的阻值，使得减法器输出为0，即可消除零点电压。

电压跟随器，其输入端分别与低通滤波器的输出端以及电阻分压电路的输入端电性连接，电压跟随器的输出端与减法器的第二输入端电性连接。电压跟随器在这里只起到隔离作用。

钳位保护电路，经过调零电路之后的信号进入到处理器的模拟输入端，因为处理器的模拟输入端有电压限制的，当超过处理器的模拟输入端电压限制后处理器会被烧坏，因此必须对输入处理器的电压值上限进行限制，以保证处理器可以正常工作。本实施例中，设置钳位保护电路将输入至处理器的模拟输入端电压钳制在特定值，防止处理器被烧坏。其中，将处理器的模拟输入端标记为ADC_0。

本实施例的工作原理为：当管道处于空管状态时，交流激励源产生交流激励信号至某一电极上，检测其余电极上电压信号，该电压信号通过放大滤波电路放大和滤波处理后输入至减法器的第一输入端，电阻分压电路与减法器的第二输入端电性连接，调节电阻分压电路中的阻值，使减法器输出为0，即可消除零点电压。

本实施例的有益效果为：通过设置电阻分压电路，当管道处于空管状态时，通过调节电阻分压电路中的阻值，使得减法器输出为0，即可消除零点电压，电阻分压电路的阻值调节可以通过人工调节，也可以通过现有的电位计控制芯片进行调节，调零方式简单，并且结构简单。

实施例2

如图1所示，本实用新型的基于液固两相流体的ERT电阻传感器，其包括若干个电极、交流激励源、处理器和空管检测电路。其中，若干个电极、交流激励源、处理器与实施例1相同，因此，在此不再累述。

本实施例的空管检测电路包括放大滤波电路、减法器、低通滤波器、电压跟随器和钳位保护电路。交流激励源的正极和负极分别与相邻两个电极一一对应电性连接，放大滤波电路的输入端与剩余电极中任一个电极电性连接，放大滤波电路的输出端分别与减法器的第一输入端以及处理器的模拟输入端电性连接，处理器的模拟输出端通过低通滤波器与电压跟随器的输入端电性连接，电压跟随器的输出端与减法器的第二输入端电性连接，减法器的输出端与处理器的模拟输入端电性连接。其中，放大滤波电路、减法器、电压跟随器和钳位保护电路与实施例1相同，因此，在此不再累述。

低通滤波器，其输入端与处理器的模拟输出端电性连接，其中，当管道处于空管状态时，处理器将放大滤波电路检测电极上的电压值转换为等同的电压输出，该电压输出通过低通滤波器输入至减法器的第二输入端，减法器的第一输入端输入某电极上采集的电压信号，减法器输出端输出两个输入端相减之后的结果，此时，减法器的第二输入端上的电压只有处理器直接赋值，相比人工调零，本实施例的这种方式调零精度更高，可以保证系统的实时性以及增加系统的准确性。低通滤波器对处理器的模拟输出端输出的模拟信号进行滤波处理。优选的，如图3所示，低通滤波器包括：电阻R1、电阻R2、电容C1和第二运算放大器LMC6484；具体的，处理器的模拟输出端通过电阻R2分别与电阻R1的一端以及电容C1的一端电性连接，电容C1的另一端与第二运算放大器LMC6484的输出端电性连接，电阻R1的另一端分别与电容C2的一端以及第二运算放大器LMC6484的同相输入端电性连接，电容C2接地，第二运算放大器LMC6484的反相输入端与其输出端电性连接，第二运算放大器LMC6484的输出端与减法器的第二输入端电性连接。其中，电阻R1和电容C2构成RC滤波器；电容C1构成第二运算放大器LMC6484的反馈电容；将处理器的模拟输出端标记为DAC_1。

本实施例的工作原理为：当管道处于空管状态时，交流激励源产生交流激励信号至某一电极上，检测其余电极上电压信号，该电压信号通过放大滤波电路放大和滤波处理后分别输入至减法器的第一输入端以及处理器的模拟输入端，处理器将放大滤波电路检测电极上的电压值转换为等同的电压输出，该电压输出通过低通滤波器输入至减法器的第二输入端，减法器输出端输出为0，即可消除零点电压。

本实施例的有益效果为：通过采用处理器直接给减法器第二输入端赋值的方法，相比现有的人工调零方法，调零精度更高，同时，还可以保证系统的实时性以及增加系统的准确性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于液固两相流体的ERT电阻传感器，其包括若干个电极、交流激励源、处理器和空管检测电路，其特征在于：所述空管检测电路包括放大滤波电路、减法器和低通滤波器；

所述交流激励源的正极和负极分别与相邻两个电极一一对应电性连接，放大滤波电路的输入端与剩余电极中任一个电极电性连接，放大滤波电路的输出端分别与减法器的第一输入端以及处理器的模拟输入端电性连接，处理器的模拟输出端通过低通滤波器与减法器的第二输入端电性连接，减法器的输出端与处理器的模拟输入端电性连接。

2.如权利要求1所述的基于液固两相流体的ERT电阻传感器，其特征在于：所述空管检测电路还包括电阻分压电路；

所述电阻分压电路的输入端与减法器的第二输入端电性连接，电阻分压电路的输出端接地。

3.如权利要求2所述的基于液固两相流体的ERT电阻传感器，其特征在于：所述空管检测电路还包括电压跟随器；

所述电压跟随器的输入端分别与低通滤波器的输出端以及电阻分压电路的输入端电性连接，电压跟随器的输出端与减法器的第二输入端电性连接。

4.如权利要求1所述的基于液固两相流体的ERT电阻传感器，其特征在于：所述空管检测电路还包括钳位保护电路；

所述减法器的输出端通过钳位保护电路与处理器的模拟输入端电性连接。

5.如权利要求1所述的基于液固两相流体的ERT电阻传感器，其特征在于：所述放大滤波电路包括仪表放大器和高通滤波器；

所述仪表放大器的差分输入端与某个电极电性连接，仪表放大器的输出端通过高通滤波器与减法器的第一输入端电性连接。

6.如权利要求1所述的基于液固两相流体的ERT电阻传感器，其特征在于：所述减法器包括：电阻R3-R5和第一运算放大器LMC6484；

所述放大滤波电路的输出端通过电阻R3与第一运算放大器LMC6484反相输入端电性连接，第一运算放大器LMC6484的同相输入端通过电阻R5接地，电阻R4并联在第一运算放大器LMC6484的反相输入端及其输出端之间，第一运算放大器LMC6484的输出端与处理器的模拟输入端电性连接。

7.如权利要求3所述的基于液固两相流体的ERT电阻传感器，其特征在于：所述低通滤波器包括：电阻R1、电阻R2、电容C1和第二运算放大器LMC6484；

所述处理器的模拟输出端通过电阻R2分别与电阻R1的一端以及电容C1的一端电性连接，电容C1的另一端与第二运算放大器LMC6484的输出端电性连接，电阻R1的另一端分别与电容C2的一端以及第二运算放大器LMC6484的同相输入端电性连接，电容C2接地，第二运算放大器LMC6484的反相输入端与其输出端电性连接，第二运算放大器LMC6484的输出端与电压跟随器的输入端电性连接。

8.如权利要求3所述的基于液固两相流体的ERT电阻传感器，其特征在于：所述电阻分压电路包括：电位器RP1和电阻R6；

所述电位器RP1的一端与电源电性连接，电位器RP1的调节端与电压跟随器的输入端电性连接，电位器RP1的另一端通过电阻R6接地。

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