本发明专利技术公开了属于电学成像技术领域的一种基于电容层析成像的三维多向检测火焰传感器及检测系统。该检测传感器由绝缘底座和基体两部分构成，各均匀布置有八个电极，组成开放式三维多向检测火焰传感器；等离子体火焰燃烧器置于绝缘圆筒内。该检测系统的测量电极是由这些彼此相互绝缘的电极片组成，底座电极对测量区域的纵向检测，环形电极片对测量区域的横向检测，进而实现对火焰的三维多向检测。本发明专利技术增加了对测量区域横向检测信息，有效地增强了测量区域内敏感场的强度，不仅可以重建三维图像，还较好地克服传统三维检测在轴向上分辨率低，误差大的缺点，提高检测的可靠性；从而使该火焰检测传感器可应用于更广的测量对象。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电学成像技术，特别涉及一种基于电容层析成像(ECT)的三维多向检测火焰传感器及检测系统。
技术介绍
电容层析成像技术(ElectricalCapacitance Tomography ECT)是一种将医学CT与现代检测技术结合、可用于多相流检测领域中的新型可视化监测技术。主要通过设置在管道外围的电容传感器阵列，获得测量区域内的不同传感器电极板之间的极间电容值，再经过数据采集系统和相应的信号处理及图像重建算法，重建出测量区域内部的二维/三维信息，实现对过程设备的非侵入式检测。传统的声学和热量特性火焰检测方法，由于其检测器易受锅炉其他热源和声源的干扰而难以准确使用，不能满足大型发电设备对安全运行的要求。目前比较可行的研究方向主要有光学法和电学法，本专利技术是基于电学层析成像技术(ECT)。火焰在传感器中心圆孔内燃烧，由于火焰电离效应，导致传感器内部介质的电离子发生改变，引起八个电极片测量电容值的改变，因而电容值的变化反映了内部介质的变化，同时也反映出了这一时刻介质的分布情况。通过数据采集系统将电容值信号反映到计算机中，利用一定的算法进行图像重建，可以获得内部火焰图像，实现可视化火焰检测。传统的ECT三维重建方式是通过获得同一高度层中所有极板对间的测量电容值，根据得到的该层上二维图像阵列，然后在轴向上通过插值法进行估值延伸，获得三维重建图像。这种三维重建方法显然具有不可避免的误差，因此被许多学者称为伪三维重建。本专利技术设计了可实现三维可视化火焰检测的开放式多向检测传感器。由于基于该传感器可获得基于不同高度层的三维测量电容值矩阵，并直接计算出三维敏感场，因而可以进行真正意义上的三维图像重建。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于电容层析成像的三维多向检测火焰传感器及检测系统，其特征在于，所述三维多向检测传感器是基于电容层析成像系统的火焰检测传感器。该检测传感器由绝缘底座和基体两部分构成，各包括八个电极，组成开放式三维多向检测火焰传感器;所述绝缘底座的上平面等分的电镀了八个底座电极，底座电极极板间的间隔角度α为5°;所述基体为一段耐高温的刚玉圆筒，在刚玉圆筒的筒壁外圆周上等分的固定八个环形电极，环形电极底端距离绝缘底座上底座电极上平面的高度为60mm;屏蔽罩套在刚玉圆筒外面并接地;测量电极由底座电极片和环形电极共同构成，两两电极之间的缝隙中电镀了耐高温的绝缘屏蔽材料，用于隔开测量电极，减少测量时极间电容的误差；所述刚玉圆筒的轴向高度为200mm,内半径80mm,外半径为88mm,管壁厚度为8mm。所述底座电极材料为耐高温的不锈钢，内圆弧半径为40mm,外圆弧半径为80mm。所述环形电极材料为耐高温的不锈钢，厚度为5_，轴向高度为80_。所述屏蔽罩为直径大于刚玉圆筒的不锈钢圆筒。所述基于电容层析成像的三维多向检测火焰传感器的检测系统，其特征在于，三维多向检测火焰传感器的底座电极和环形电极片彼此绝缘互不导通，底座电极和环形电极片组成测量电极，数据采集系统分别连接成像系统和测量电极;底座电极和环形电极片之间的屏蔽材料与屏蔽罩连接并接地;等离子体火焰燃烧器置于三维多向检测火焰传感器内，并通过通气管连接两个流量计之间的通气管上;其中，一个流量计通过一个截止阀与甲烷气罐连接;另一个流量计通过另一个截止阀与减压器和稳压罐连接;稳压罐装有压力表。本专利技术的有益效果是该传感器在设计上放弃了传统传感器在测量区域内完全对称的平面型二维结构，将电极片制作为底座电极片和环形电极片相结合的分层结构;本专利技术在底座三维全开放式传感器的基础上，增加了基部上筒壁外部的八个环形电极片后，实现了对测量区域的横向检测与纵向检测的信息融合，加强了较高区域内敏感场的强度，较好地克服了三维敏感场在空间上的“软场”特性，有效地提高了成像精度。与现有的技术相比，其优势在于，不仅可以获得传统的相同高度层的电极板之间的电容值，还可以获得不同高度层的电极板之间的电容值。而由于基部传感器在轴向上可检测到不同高度层测量区域内工质介电系数的变化，具有三维特性，克服传统三维检测在轴向上分辨率低，误差大的缺点，提高检测的可靠性。从而使该火焰检测传感器可应用于更广的测量对象。【附图说明】图1为基于ECT成像系统的三维开放式多向检测传感器结构示意图。图2为图1的绝缘底座结构示意图。图3为ECT检测等离子体火焰实验装置示意图。图4传统传感器原理图。图5三维全开放式多向检测传感器原理图。图6三维多向检测传感器与三维全开放式传感器在距底座平面为60mm的高度层上选取其中有代表性的电极对的敏感场图像，其中，(a)全开放式三维传感器在H=60mm高度层上相邻电极对之间的敏感场图像(b)全开放式三维传感器在H=60mm高度层上相对电极对之间的敏感场图像(c)全开放式三维传感器在H=60mm高度层上任意电极对之间的敏感场图像 (d)三维多向检测传感器在H=60mm高度层上相邻电极对之间的敏感场图像 (e)三维多向检测传感器在H=60mm高度层上相对电极对之间的敏感场图像(f)三维多向检测传感器在H=60mm高度层上任意电极对之间的敏感场图像图中标号:1-绝缘底座，2-底座电极，3-刚玉圆筒，4-环形电极，5-测量电极，6_屏蔽罩，7-等离子体火焰燃烧器，8-数据采集系统，9-成像系统，10-压力表，11-稳压罐，12-减压器，13-第一截止阀，14-第一流量计，15-第二流量计，16-第二截止阀，17-甲烷气罐。【具体实施方式】本专利技术提供一种基于电容层析成像的三维多向检测火焰传感器及检测系统，下面结合附图予以说明。图1、图2所示为基于ECT成像系统的三维开放式多向火焰检测传感器结构示意图。图中所示的三维多向检测火焰传感器是基于电容层析成像的开放式三维多向检测火焰传感器，该检测传感器由绝缘底座I和基体两部分构成;基体为一段耐高温的刚玉圆筒3，刚玉圆筒3的轴向高度为200mm,内半径80mm,外半径为88mm,管壁厚度为8mm。分为，各包括八个电极，组成开放式三维多向检测火焰传感器;其中，在绝缘底座I的上平面等分的电镀了八个底座电极2，底座电极极2板间的间隔角度α为5°，底座电极I采用耐高温的不锈钢材料，内圆弧半径为40mm,外圆弧半径为80mm嵌入刚玉圆筒3的底端;在刚玉圆筒3筒壁外圆周上等分固定八个环形电极4，环形电极4采用耐高温的不锈钢，厚度为5_，轴向高度为80mm;环形电极4底端距离绝缘底座I上的底座电极2平面的高度为60mm。由于被当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于电容层析成像的三维多向检测火焰传感器，其特征在于，所述三维多向检测传感器是基于电容层析成像系统的火焰检测传感器，该检测传感器由绝缘底座和基体两部分构成，各包括八个电极，组成开放式三维多向检测火焰传感器；所述绝缘底座的上平面等分的电镀了八个底座电极，底座电极极板间的间隔角度α为5°；所述基体为一段耐高温的刚玉圆筒，在刚玉圆筒的筒壁外圆周上等分的固定八个环形电极，环形电极底端距离绝缘底座上底座电极上平面的高度为60mm；屏蔽罩套在刚玉圆筒外面并接地；测量电极由底座电极片和环形电极共同构成，两两电极之间的缝隙中电镀了耐高温的绝缘屏蔽材料，用于隔开测量电极，减少测量时极间电容的误差。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘婧，孙单勋，刘石，周婉婷，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。