三维电容层析成像传感器制造技术

一种三维电容层析成像传感器，用于流体参数测量，包括：径向电极，设置于供所述流体流动的管道壁上，所述径向电极沿着管道轴向方向延伸并且在管道壁上等间隔布置；测量电极阵列，为多个彼此分离的布置于所述管道壁上的测量电极，所述测量电极在管道壁上呈多个螺旋结构，布置在径向电极所形成的间隔内，并且在管道壁径向和轴向上呈均匀分布；以及屏蔽罩，电性隔离的覆盖在所述管道的外壁上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种传感器，具体涉及一种三维电容层析成像传感器。
技术介绍
电容层析成像(ElectricalCapacitanceTomography，ECT)技术是一种过程层析成像技术，它可以反映被测区域物质介电常数的变化。基于这一原理，ECT常用来测量具有两种或多种介电常数的多相物质的分布。ECT的传感器通常是在管道外壁上布置一系列的电极，通过测量所有电极对之间的电容值，然后利用一定的图像重构算法，即可得到管道内物质的介电常数分布。根据被测过程的不同，介电常数的分布图像可以反映浓度、湿度、温度等物理量，因此可以用于能源、化工、医药、航天等不同的领域。传统的ECT传感器是二维成像，所有的电极均布在同一层，测量得到的是这一层所在高度范围内物质分布的平均信息。为了实现三维成像，目前常用的ECT传感器是布置多层的电极，利用测量得到的所有电极对之间的电容值来进行物质分布的重构。这种三维ECT传感器轴向分辨率低。现有技术中还提出一种螺旋结构电极的电容层析成像传感器，测量电极如图1所示，测量电极6是呈螺旋状布置，上端屏蔽3和下端屏蔽4与呈阶梯状布置，紧邻测量电极。图1中，测量电极6是上下紧邻的两条螺旋。从结构上来看，这种电极布置在测量区域内的分布是不对称的，这种不对称的结构将导致敏感场分布不均匀，引起重构图像的变形，无法反映真实的物质分布。其二，上端屏蔽3和下端屏蔽4在测量过程中是接地的，在上端屏蔽3和下端屏蔽4区域没有测量信号，从图1可以看出，测量电极6所在的区域，即测量区域是螺旋形的，在实际的过程参数测量中，螺旋区域的信息无法进行有效的提取，同时也无法提供对过程参数测量有用的信息。鉴于上述两点原因，该专利无法实现被测空间精确三维成像。图1中附图标记，1：测量区域，2：管道，3：上端屏蔽，4：下端屏蔽，5：屏蔽罩6：测量电极，7：径向电极，8：固定支架。然而上述电极仍然存在相应弊端：(1)螺旋电极结构不对称，敏感场分布不均匀，无法对物质分布进行准确的成像；(2)上下端屏蔽的布置不合理，测量区域不规则，使得测量区域内的信息很难提取，无法对过程参数进行有效测量。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种三维电容层析成像传感器，以解决以上所述的至少一项技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种三维电容层析成像传感器，用于流体参数测量，包括：径向电极，设置于供所述流体流动的管道壁上，所述径向电极沿着管道轴向方向延伸并且在管道壁上等间隔布置；测量电极阵列，为多个彼此分离的布置于所述管道壁上的测量电极，所述测量电极在管道壁上呈多个螺旋结构，布置在径向电极所形成的间隔内，并且在管道壁径向和轴向上呈均匀分布；以及屏蔽罩，电性隔离的覆盖在所述管道的外壁上。优选的，所述螺旋的数量大于等于2个。优选的，所述管道为绝缘管道，所述径向电极分布于绝缘管道的外壁并且与所述屏蔽罩电性连接，所述测量电极分布于所述绝缘管道的外壁上。优选的，所述管道为金属管道，所述金属管道内还设有绝缘内衬，所述测量电极和径向电极设置在所述绝缘内衬的内壁上。优选的，所述测量电极和径向电极镀覆有绝缘材料。优选的，还包括分别接地的上端屏蔽和下端屏蔽，所述上端屏蔽和下端屏蔽呈条形分布于进行流体参数测量区域的两端，紧邻管道两侧的测量电极布置，避免干扰电容层析成像。优选的，所述测量电极和径向电极沿管壁的覆盖率大于50％。通过上述技术方案，可以看出本专利技术三维电容层析成像传感器的有益效果在于：(1)通过在管道壁径向和轴向上均匀分布测量电极，相应就可以获得均匀的敏感场，重构得到的介电常数分布与真实分布之间的相似度越高，通过介电常数分布得到的过程参数越准确；(2)通过采用螺旋形测量电极的布置方式，布置方式简单而且测量结果准确，测量电极所在高度范围内的三维物质分布能准确的重构，进而得到准确的过程参数信息；而且螺旋的数量大于等于二个时，测量电极在管道上分布更加均匀，检测的浓度、湿度、温度等参数更加准确；(3)不布置上下端屏蔽或者设计上下端屏蔽紧邻螺旋电极的上端和下端时，测量区域是规则的，可以使得螺旋电极所在高度范围内的物质分布均能被准确的重构的出来，且容易实现过程参数的有效提取；(4)对于金属或者非金属的管道，都可以实现参数测量，进行三维电容层析成像。附图说明图1是现有技术的一种电容层析传感器立体示意图。图2是本专利技术一实施例的三维电容层析成像传感器的局部分解示意图。图3是本专利技术一实施例的三维电容层析成像传感器一种电极的侧面展开图。图4是本专利技术一实施例的三维电容层析成像传感器的截面示意图。图5是本专利技术一实施例的三维电容层析成像传感器另一种电极的侧面展开图。图6是本专利技术一实施例的采用金属管壁时传感器的截面示意图。图7A、7B和7C分别是采用图1的传感器进行三维成像的电极布置示意图、真实物体示意图和成像后示意图。图8A、8B和8C分别是采用图2的传感器进行三维成像的电极布置示意图、真实物体示意图和成像后示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本专利技术实施方式的说明旨在对本专利技术的总体专利技术构思进行解释，而不应当理解为对本专利技术的一种限制。在本专利技术中，用语“设置于...上”、“布置于...上”和“覆盖...上”包括与单一或多个组件间的接触与非接触。例如，“布置于所述管道壁上的测量电极”，可以是测量电极直接接触的布置于管道壁上，或者通过布置管道壁的内衬，然后再将测量电极布置于内衬上，使测量电极非接触式的布置于管道壁上。根据本专利技术总体上的专利技术构思，提供一种三维电容层析成像传感器，包括：径向电极和测量电极阵列，径向电极沿着管道轴向方向延伸并且在管道壁上等间隔布置；测量电极阵列，为多个彼此分离的布置于所述管道壁上的测量电极，测量电极布置在径向电极形成的间隔内，并且测量电极在管道壁上呈多个螺旋结构以及在管道壁径向和轴向上呈均匀分布。通过测量电极在管道壁上均匀分布，使得敏感场也分布均匀，重构的图像没有形变。此处“在管道壁径向和轴向上呈均匀分布”是指在管道的任意轴向截面上，测量电极沿着管道圆周等距离分布，以及在管道的任意径向上，测量电极也等距离分布。图2是本专利技术一实施例的三维电容层析成像传感器的局部分解示意图。如图2所示，该传感器包括测量电极6和径向电极7组成的阵列。图2中，测量区域1的高度是测量电极6所覆盖的高度，即图2中测量电极6所在的区域的高度。径向电极7设置在供所述流体流动的管道壁上，径向电极7沿着管道2轴向方向延伸并且在管道2壁上等间隔布置；测量电极6构成的阵列，为多个彼此分离的布置于所述管道2壁上的测量电极6，所述测量电极6布置在径向电极7形成的间隔内，在管道轴向跨度上存在交叠，并且在管道2壁径向和轴向上呈均匀分布。测量电极6的阵列为多螺旋结构，测量电极在管道壁上呈多个螺旋结构分布。测量电极6可以为2条或多条均匀布置的螺旋电极例如，测量电极6呈多螺旋状均匀布置，图2中测量电极6是2条螺旋电极，每条螺旋是8个独立的电极。测量过程中，测量电极6逐个被施加激励电压，并依次测量其余电极上的电压值，以得到所有电极对之间的电容量，利用这一系列的测量值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维电容层析成像传感器，用于流体参数测量，其特征在于包括：径向电极，设置于供所述流体流动的管道壁上，所述径向电极沿着管道轴向方向延伸并且在管道壁上等间隔布置；测量电极阵列，为多个彼此分离的布置于所述管道壁上的测量电极，所述测量电极在管道壁上呈多个螺旋结构，布置在径向电极所形成的间隔内，并且在管道壁径向和轴向上呈均匀分布；以及屏蔽罩，电性隔离的覆盖在所述管道的外壁上。

【技术特征摘要】
1.一种三维电容层析成像传感器，用于流体参数测量，其特征在于包括：径向电极，设置于供所述流体流动的管道壁上，所述径向电极沿着管道轴向方向延伸并且在管道壁上等间隔布置；测量电极阵列，为多个彼此分离的布置于所述管道壁上的测量电极，所述测量电极在管道壁上呈多个螺旋结构，布置在径向电极所形成的间隔内，并且在管道壁径向和轴向上呈均匀分布；以及屏蔽罩，电性隔离的覆盖在所述管道的外壁上。2.根据权利要求1所述的三维电容层析成像传感器，其特征在于，所述螺旋的数量大于等于2个。3.根据权利要求1所述的三维电容层析成像传感器，其特征在于，所述管道为绝缘管道，所述径向电极分布于绝缘管道的外壁并且与所述屏蔽罩电性连接，所述测...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶佳敏，王海刚，吴蒙，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11