本发明专利技术是公开了属于电容层析成像装置范围的一种螺旋结构电极的电容层析成像传感器。该传感器包括主体结构部分和电容测量部分，主体结构由绝缘管及固定支架组成，绝缘管内的圆形空间为被测空间；电容测量部分为在检测电极之间布置径向电极，径向电极与电极端屏蔽连接。传感器工作时，由测量电极得到的电容值通过检测电极表面的信号传输电缆传送至ECT信号采集设备，经过信号处理，将检测的电容信号转换为电信号，再传输给计算机终端，通过计算机的重建算法将信号重建为图像。本发明专利技术可以重建出轴向上被测空间任意位置物料位置分布、形态、温度、湿度甚至流动速度及方向等热工参数信息，这是ECT检测技术在三维成像上的重大突破。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是一种电容层析成像装置范围，特别涉及一种螺旋结构电极的电容层析成像传感器。
技术介绍
电容层析成像技术(ElectricalCapacitance Tomography，ECT)是20世纪80年代中期开始发展起来的一种多相流参数检测技术。ECT技术以电容敏感机理为基础，当被测区域内多相流介质形态、分布等发生变化时，会引起检测电容极板间的电容值变化，从而通过重建算法重建被测区域的多相流分布图像。ECT系统的电容来源就是传感器，传统的ECT传感器多为单层布置的二维传感器结构，一般为8，12，16电极的阵列式结构，这些电极只布置在同一高度的四周，大小相同，距离相等，所测量的是一个截面上的介质分布，通过重建得到的图像即为测量区域上的一个截面，这样布置的传感器并不能反映出轴向上流场分布。有鉴于此，研究人员提出一些解决方法。其一为间接三维电容层析成像技术。它是在管壁上布置多层电容极板，通过测量同层极板间的电容值进行图像重建，再通过重建出的一系列断层图的插值运算从而获得三维图像，成像结果只是数据的平均值，轴向分辨率低，无法测量多相流流速及物料在轴向的分布位置和精确形状。其二为直接三维电容层析成像技术。当前技术是不同层布置传感器，同时检测同层和不同层电容极板间电容值。该种传感器布置方式虽然实现了三维成像，但在层与层之间的区域信号微弱，仅依靠边缘效应，因此其轴向分布率仍然较低，且轴向分布不均，误差相对较大，不能准确检测多相流流动轴向参数。由此可见，现有的ECT三维传感器只能是分截面进行成像，严格意义来说是属于2.5D图像，所需电极板数量较多，检测数据维数大幅增加，提高成本，且后处理时间增长，实时性降低，计算机存储数据容量增大。因此，提出一个真正实现全部被测空间均能精确三维成像的ECT传感器有着十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种螺旋结构电极的电容层析成像传感器，该传感器包括主体结构部分和电容测量部分，其特征在于，所述主体结构部分是由绝缘管及固定支架组成，绝缘管内的圆形空间为被测空间；所述电容测量部分为在检测电极之间布置径向电极，径向电极与电极端屏蔽连接，屏蔽罩布置在绝缘管外周，由固定支架与绝缘管固定；径向电极、电极端屏蔽和屏蔽罩需使用接电线进行接地处理，让其处于零电势，以屏蔽电极间信号互扰及外界信号干扰，防止对测量结果产生影响;ECT信号采集设备通过电线与检测电极5连接。所述检测电极呈螺旋形布置在绝缘管壁外侧，分两圈，每圈8个电极，共16个电极，连续均匀上升。所述电极端屏蔽布置在绝缘管测量电极的上下端，靠近测量电极的一边边呈梯形布置，形成电极上端梯形屏蔽和电极下端梯形屏蔽;电极端屏蔽另一边与绝缘管口平齐。所述检测电极、径向电极、电极上下端屏蔽电极和屏蔽罩均采用可导电的薄铜箔制作。所述绝缘管及固定支架均采用PVC管或有机玻璃等绝缘材料制作。本专利技术的有益效果是采用管壁外侧螺旋布置的电极传感器，真正实现了对被测圆形空间的三维成像，不仅可以得到径向横断面的成像信息，还可以得到多相流轴向分布位置、形态及流速等热工参数。与传统传感器相比，本专利技术提高了重建图像的轴向分辨率，其敏感场分布均匀。使用了 16块电极就实现了整个三维空间的均匀成像，有效减小了电极板数量，成本较低，实时性较快，后处理运算量大幅减少，提高检测实时性。【附图说明】图1为电容层析成像传感器结构示意图。图2为检测电极的空间分布俯视图。图3为检测电极，径向电极和电极端屏蔽的侧面展开图。图4为ECT检测系统整体示意图。【具体实施方式】本专利技术提出一种螺旋结构电极的电容层析成像传感器，该传感器包括主体结构部分和电容测量部分。下面结合附图予以说明。图1所示为电容层析成像传感器结构示意图。图中所示主体结构部分是由绝缘管1及固定支架8组成，绝缘管内的圆形空间为被测空间2;电容测量部分为在检测电极5之间布置径向电极6，检测电极5呈螺旋形布置在绝缘管1外侧，分两圈，每圈8个电极，共16个电极，连续均匀上升(如图3所示)。电极端屏蔽布置在绝缘管1的上下端，靠近测量电极5的一边呈梯形布置，形成电极上端梯形屏蔽4和电极下端梯形屏蔽7;电极端屏蔽另一边与绝缘管1管口平齐。径向电极6分别与电极上端梯形屏蔽4和电极下端梯形屏蔽7相连，屏蔽罩3布置在绝缘管1外周，与绝缘管相隔1至3厘米左右，由固定支架8固定在绝缘管1外周的上下端;径向电极6、电极上端梯形屏蔽4和电极下端梯形屏蔽7和屏蔽罩3通过电线接地，让其处于零电势，以屏蔽电极间信号互扰及外界信号干扰，防止对测量结果产生影响;通过电线ECT信号采集设备与检测电极5连接。图2所示为检测电极的空间分布俯视图，序号a-h表示的是布置在绝缘管1外壁的底圈检测电极，a’-h’表示的是与a-h径向位置相同，轴向位置不同的顶圈检测电极，1-8表示的是布置检测电极5之间的径向电极6，在绝缘管1的外部还有屏蔽罩3。图3为检测电极，径向电极和电极端屏蔽的侧面展开图。序号a-h和a’ _h ’表示的是检测电极，检测电极之间的是径向电极，其上下的梯形结构是电极端屏蔽。图4所示是ECT检测系统整体。ECT传感器与数据采集及信号处理、图像重建与物参数提取、计算机和激励单元串联连接。在传感器工作时，a电极上施加激励电压15V。首先进行ECT测量标定。当被测圆形空间为空场时，检测各电容极板对之间的电容值，作为空场标定。当被测空间充满介当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种螺旋结构电极的电容层析成像传感器，该传感器包括主体结构部分和电容测量部分，其特征在于，所述主体结构部分是由绝缘管及固定支架组成，绝缘管内的圆形空间为被测空间；所述电容测量部分为在检测电极之间布置径向电极，径向电极与电极端屏蔽连接，屏蔽罩布置在绝缘管外周，由固定支架与绝缘管固定；径向电极、电极端屏蔽和屏蔽罩需使用接电线进行接地处理，让其处于零电势，以屏蔽电极间信号互扰及外界信号干扰，防止对测量结果产生影响；ECT信号采集设备通过电线与检测电极连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周琬婷，姜越，刘石，刘婧，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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