一种平面阵列电极电容传感器、成像系统及成像方法技术方案

本发明专利技术公开了一种平面阵列电极电容传感器，通过设置底部屏蔽板、边缘屏蔽框和极间屏蔽条，大大降低了环境噪音对测量结果的影响，有利于提高测量精度。本发明专利技术还公开了基于上述平面阵列电极电容传感器的平面阵列电极电容成像系统以及成像方法，通过将数据融合技术应用到重建图像的图像处理当中，针对3×4平面阵列电容传感器，利用ANSYS有限元仿真软件将被测材料分为8层，计算出各层的灵敏度矩阵，采用Landwerb迭代算法进行图像重建，为融合重建出的分层图像，采用主成分分析法计算重建分层图像的主成分向量，将主成分按其贡献率的百分比进行融合，最终得到融合后的图像，数据融合得到的图像在图像误差和相关系数上较原图像均有改善。

Planar array electrode capacitance sensor, imaging system and imaging method

The invention discloses a planar capacitance sensor, by setting the bottom shielding plate, edge shielding frame and electrode shielding, greatly reduces the influence of environmental noise on the measurement results, the measurement precision is improved. The invention also discloses a planar array electrode electrical capacitance tomography system of the planar capacitance sensor and imaging method based on the data fusion technology is applied to image processing, image reconstruction, aiming at 3 x 4 array capacitance sensor, the measured materials are divided into 8 layers by using the finite element software ANSYS, the sensitivity matrix the calculated, using Landwerb iterative algorithm for image reconstruction, to reconstruct the layered image fusion, principal component vector using principal component analysis method to calculate the reconstruction of stratified images, the percentage of main components according to the contribution rate of fusion, finally get the fused image, image data fusion with the original image has improved in the image error and correlation coefficient.

【技术实现步骤摘要】
一种平面阵列电极电容传感器、成像系统及成像方法
本专利技术涉及电容层析成像
，具体是一种平面阵列电极电容传感器、成像系统及成像方法。
技术介绍
电容层析成像技术(ElectricalCapacitanceTomography，ECT)近年来发展迅速，具有安全、非侵入等优点在工业多相流检测、无损探伤等领域得到广泛应用。在ECT基础上延伸发展而来的平面阵列电极电容成像传感技术不仅具有ECT技术的特点，而且还可以从单一平面接近被测物体，能够克服一些常规无损检测方法的局限，适用范围广，可应用于不同性质的被测材料，因此逐渐兴起，成为近几年无损检测
的研究热点。目前，针对平面阵列电极电容传感系统的研究主要集中在：传感器的设计优化、敏感场仿真建模分析、图像重建算法优化等方面。对于平面阵列电极电容传感技术，上述方面的研究一定程度上可改善被测物场的成像效果。但存在不足，在对被测材料进行分层成像时，虽然可以得到不同深度的介电常数分布，但会导致信息分散，不能很好的反映出缺陷信息，从而导致图像重建质量不高。为解决介电常数信息分布不集中的问题，需要设计出针对平面阵列电容传感器的数据融合方式来提高重本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平面阵列电极电容传感器，其特征在于，包括绝缘外壳(1)和测量电极(3)；所述测量电极(3)共有十二个，且均安装在绝缘外壳(1)上，十二个测量电极(3)在绝缘外壳(1)上形成四行三列的电极阵列，相邻两个测量电极(3)之间设置有极间屏蔽条(5)，电极阵列的周边设置有边缘屏蔽框(4)，电极阵列与绝缘外壳(1)的底部之间还设置有底部屏蔽板(2)。

【技术特征摘要】
1.一种平面阵列电极电容传感器，其特征在于，包括绝缘外壳(1)和测量电极(3)；所述测量电极(3)共有十二个，且均安装在绝缘外壳(1)上，十二个测量电极(3)在绝缘外壳(1)上形成四行三列的电极阵列，相邻两个测量电极(3)之间设置有极间屏蔽条(5)，电极阵列的周边设置有边缘屏蔽框(4)，电极阵列与绝缘外壳(1)的底部之间还设置有底部屏蔽板(2)。2.根据权利要求1所述的平面阵列电极电容传感器，其特征在于，所述测量电极(3)的长度为40.7mm，宽度为29.8mm，相邻两个测量电极(3)之间的间距为3mm，边缘屏蔽框(4)的框条宽度为10mm，极间屏蔽条(5)的宽度为1mm，且测量电极(3)与底部屏蔽板(2)之间的间距为8.5mm。3.基于如权利要求1-2任一所述的平面阵列电极电容传感器的成像系统，其特征在于，由平面阵列电极电容传感器系统、数据采集系统和图像重建系统组成；所述平面阵列电极电容传感器系统包括平面阵列电极电容传感器以及与平面阵列电极电容传感器相连接的多路选通开关。4.根据权利要求3所述的平面阵列电极电容传感器的成像系统，其特征在于，所述数据采集系统采用ITS-M3C高精度电容测量仪。5.根据权利要求3所述的平面阵列电极电容传感器的成像系统，其特征在于，所述图像重建系统包括计算机，计算机内安装有图像重建软件，所述图像重建软件采用Mathmatical，数据融合及结果展示在Matlab2016b中进行。6.基于如权利要求3-5任一所述的平面阵列电极电容成像系统的成像方法，其特征在于，步骤如下：1)数据采集，数据采集系统控制平面阵列电极电容传感器系统进行测量，获取多个测量电容值；2)图像重建，根据获得的各个电极对之间的电容值，获取介电常数分布矩阵G，得到介电常数分布图；3)数据融合，采用主成分分析法对8层介电常数分布图进行融合。7.根据权利要求6所述的平面阵列电极电容成像系统的成像方法，其特征在于，步骤1)的具体操作为：首先对1号测量电极(3)施加交流激励，其它测量电极(3)虚地，经多路选通开关轮流与激励电极构成电极对，依次测量得到1-2、1-3、…、1-12电极对之间的电容值，之后，将激励电压加到2号测量电极(3)上，依次测量2-3、2-4、…、2-...

【专利技术属性】
技术研发人员：温银堂，张振达，张玉燕，孙东涛，梁希，潘钊，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13