一种电容层析成像系统技术方案

本实用新型专利技术属于电容层析成像技术领域，具体涉及一种电容层析成像系统，电容传感器包括支撑管以及设置在支撑管外围的电极和屏蔽层一体化结构，电极和屏蔽层一体化结构由五层介质依次层叠而成，由内到外依次为：内覆盖膜、电极片、绝缘层、屏蔽层和外覆盖膜；外覆盖膜上设有射频接头，射频接头的数量与电极片的数量相同，且一一对应，每个电极片通过导线与其对应的射频接头相连接，数据测量处理模块位于外覆盖膜之外，其与电极片连接，获取电极片的电容信息并进行处理，然后传送给计算机。本实用新型专利技术提出的电容层析成像系统，其优化了电极片、屏蔽层的结构，提高了电容传感器屏蔽层的屏蔽效果，提高了检测精度。

An electrical capacitance tomography system

The utility model belongs to the technical field of electrical capacitance tomography, in particular to a electrical capacitance tomography system. The electrical capacitance sensor includes a support tube and an integrated structure of electrodes and shielding layers arranged on the periphery of the support tube. The integrated structure of electrodes and shielding layers is composed of five layers of media, which are successively laminated from the inside to the outside: inner covering film, electrode sheet, insulating layer, shielding layer and outer covering Cover film: the outer cover film is equipped with RF connectors, the number of RF connectors is the same as the number of electrode pieces, and one-to-one correspondence, each electrode piece is connected with its corresponding RF connector through a wire, the data measurement and processing module is located outside the outer cover film, which is connected with the electrode piece, obtains the capacitance information of the electrode piece and processes it, and then transmits it to the computer. The electrical capacitance tomography system proposed by the utility model optimizes the structure of the electrode piece and the shielding layer, improves the shielding effect of the shielding layer of the capacitance sensor, and improves the detection accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种电容层析成像系统
本技术属于电容层析成像
，具体涉及一种电容层析成像系统。
技术介绍
过程层析成像(ProcessTomography，PT)是近年来新出现的新型工业过程测量技术，可对空间物质分布进行测量，例如化工、动力、冶金、食品等工业中的两相流/多相流，输油管道、蒸发换热器中的气液两相流，石油开采管道内的气－液－固多相流等。过程层析成像的感应机理(电、磁、声、光、热...)非常广泛，为非嵌入测量方式，能快速地展示物质的空间分布，它正在成为物质分布检测的有力工具。电容层析成像(ElectricalCapacitanceTomography,ECT)技术是过程层析成像技术的一种。电容层析成像主要利用不同物质具有不同介电常数这一特性，通过检测待测区域中物质的介电常数分布，从而获得待测区域截面的物质分布状况，适合于对各种非导电体组成的混合物进行测量，具有结构简单、价格便宜、无辐射危害、易实现、动态响应速度快的特点。要实现电容层析成像，主要需要3个部分配合使用，分别为电容传感器、数据测量处理电路模块和图像重建算法。首先通过电容传感器和数据测量处理电路模块得到待测区域的电容分布信息，然后利用图像重建算法得出待测区域内的介电常数分布并在计算机上显示出来，从而得到待测区域物质分布的截面图像。现有的电容层析成像系统主要包括3个部分：电容传感器、测量及数据采集、计算机图像重建。电容传感器获取被测物场分布状况的投影信息，测量及数据采集单元收集传感器所获得的信息，并传送至计算机，计算机根据一定的算法重建出场域分布图像。现有的电容层析成像系统和数据测量处理模块有以下缺点：1)电极阵列摆放不够精准。现有ECT传感器由于加工工艺不成熟会导致的电极尺寸、电极间距的差异会极大的影响各传感器之间的一致性以及传感器自身各电极之间测量值的不一致性，从而对测量结果的可靠性产生负面影响；2)屏蔽效果不一致。屏蔽层的存在是为了消除电极和外界的电磁干扰，但是电极与接地屏蔽层之间的电容是天然存在的，如果屏蔽层与电极之间的距离不能保持稳定的一致，则该部分电容会直接影响传感器的出厂测量值，只能通过繁复的标定才能实现一定程度的修正；3)电极与传输线的连接处不稳定。现有传感器与传输线的连接，一般是手工焊接到电极上，焊接效果差异大，易脱落、拆装复杂，在传输线脱焊时也不易补救；4)模拟信号传输距离长。用于电容测量的激励信号和接收信号均是模拟信号，该信号通过一定长度的屏蔽线的传输到数据采集设备，信号易衰减，同时引入杂散电容，加之被测物的电容变化信号本就微弱，因此电路采集到的信号微弱，处理难度大；5)数据测量处理模块复杂。由于模拟信号传输距离长，中间环节越多，引入的噪声越多，从而导致信号处理必须进行更多的滤波和信号提取，成本升高。
技术实现思路
为解决上述
技术介绍
中存在的问题，本技术提出一种电容层析成像系统，其优化了电极片、屏蔽层的结构，确保电容传感器各片电极间距、屏蔽层与电极间距、屏蔽层尺寸等参数一致，提高了电容传感器屏蔽层的屏蔽效果，提高了检测精度。本技术解决上述问题的技术方案是：一种电容层析成像系统，包括电容传感器、数据测量处理模块和计算机，其特殊之处在于：电容传感器包括支撑管以及设置在支撑管外围的电极和屏蔽层一体化结构，所述电极和屏蔽层一体化结构由五层介质依次层叠而成，由内到外依次为：内覆盖膜、电极片、绝缘层、屏蔽层和外覆盖膜；所述电极片的数量为多个，多个电极片在内覆盖膜上圆周均布；所述外覆盖膜上设有射频接头，射频接头的数量与电极片的数量相同，且一一对应，每个电极片通过导线与其对应的射频接头相连接，数据测量处理模块位于外覆盖膜之外，其与电极片连接，获取电极片的电容信息并进行处理，然后传送给计算机。进一步地，上述数据测量处理模块包括DDS信号发生模块、C/V转换模块、ADC模块和FPGA板卡；所述DDS信号发生模块产生信号用于激励某一片电极，所述C/V转换模块连接另一片电极用于测量两电极间的电容信号，并转化为模拟电压信号；所述ADC模块用于将模拟电压信号转化为数字电压信号，然后将信号传到FPGA板卡；所述FPGA板卡控制DDS信号发生模块和ADC模块。进一步地，上述射频接头为IPX接头、SMA接头或者SMB接头。进一步地，上述支撑管的内径为52mm，外径为62mm。进一步地，上述电极片的数量为8个，电极片长度均为78mm，相邻两个电极片之间间距为16mm。进一步地，上述内覆盖膜、绝缘层和外覆盖膜均为聚酰亚胺材质制成。进一步地，上述支撑管采用绝缘材质制成。进一步地，上述电极片和屏蔽层均为金属材质制成。进一步地，上述电极片和屏蔽层均为铜箔；上述支撑管采用PEEK或亚克力材料制成。另外，本技术还公开了一种上述电容层析成像系统中电容传感器的制作方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：1)提供支撑管；2)制作电极和屏蔽层一体化结构：2.1)提供绝缘层和屏蔽层，将二者粘合在一起后，加工多个过孔；2.2)将多个电极片分别固定在绝缘层上；2.3)提供外覆盖膜，在外覆盖膜上设置多个射频接头；2.4)每个电极片连接导线，将导线穿过其对应的过孔后，分别与其对应的射频接头连接；2.5)将绝缘层焊接到所述射频接头的接地通道上；2.6)在电极片上设置内覆盖膜；3)将步骤2制作的电极和屏蔽层一体化结构绕在所述支撑管的外圆周上并进行固定。本技术的优点：1、传统的电容传感器，是在支撑管圆周定位电极片及屏蔽层，其定位精度低、制作难度大，严重影响其测量精度，本技术中的电容传感器，其金属电极和屏蔽层采用一体化结构，采用柔性印制电路板(FPC)工艺制作，有效控制各个参数，提高传感器一致性，相比于传统的电容传感器制作方法，具有加工精度高、加工难度小的优点，极大地降低人工和材料成本，减少加工时间，工艺流程具有良好的一致性和可重复性；2、本技术提出一种电容层析成像系统，柔性PCB作为电极，均匀分布在管道外层，各电极输出的信号质量更好，能更好的检测管道内部的物质信号变化；3、本技术提出一种电容层析成像系统，在信号传输前转换成数字信号，然后使用数字信号通信，数字信号通信相比模拟信号的通信更稳定，更可靠；4、本技术提出一种电容层析成像系统，采用铜电极片，大大降低了传感器的制作成本；5、本技术提出一种电容层析成像系统，结构简单，体积小，很适合应用到石油化工行业。附图说明图1为本技术的整体结构示意图；图2为本技术的电容传感器和数据采集处理电路模块信号传输流程图；图3为本技术电极和屏蔽层一体化结构的分解图。其中，1-支撑管；2-内覆盖膜；3-电极片；4-绝缘层；5-屏蔽层；6-外覆盖膜；7-射频接头；8-数据测量处理模块。具体实施方式为使本技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容层析成像系统，包括电容传感器、数据测量处理模块(8)和计算机，其特征在于：电容传感器包括支撑管(1)以及设置在支撑管(1)外围的电极和屏蔽层一体化结构，所述电极和屏蔽层一体化结构由五层介质依次层叠而成，由内到外依次为：内覆盖膜(2)、电极片(3)、绝缘层(4)、屏蔽层(5)和外覆盖膜(6)；所述电极片(3)的数量为多个，多个电极片(3)在内覆盖膜(2)上圆周均布；所述外覆盖膜(6)上设有射频接头(7)，射频接头(7)的数量与电极片(3)的数量相同，且一一对应，每个电极片(3)通过导线与其对应的射频接头(7)相连接；数据测量处理模块(8)位于外覆盖膜(6)之外，其与电极片(3)连接，获取电极片(3)的电容信息并进行处理，然后传送给计算机。

【技术特征摘要】
1.一种电容层析成像系统，包括电容传感器、数据测量处理模块(8)和计算机，其特征在于：电容传感器包括支撑管(1)以及设置在支撑管(1)外围的电极和屏蔽层一体化结构，所述电极和屏蔽层一体化结构由五层介质依次层叠而成，由内到外依次为：内覆盖膜(2)、电极片(3)、绝缘层(4)、屏蔽层(5)和外覆盖膜(6)；所述电极片(3)的数量为多个，多个电极片(3)在内覆盖膜(2)上圆周均布；所述外覆盖膜(6)上设有射频接头(7)，射频接头(7)的数量与电极片(3)的数量相同，且一一对应，每个电极片(3)通过导线与其对应的射频接头(7)相连接；数据测量处理模块(8)位于外覆盖膜(6)之外，其与电极片(3)连接，获取电极片(3)的电容信息并进行处理，然后传送给计算机。2.根据权利要求1所述的一种电容层析成像系统，其特征在于：所述数据测量处理模块(8)包括DDS信号发生模块、C/V转换模块、ADC模块和FPGA板卡，所述DDS信号发生模块产生信号用于激励电极片(3)，所述C/V转换模块用于测量两电极间的电容信号，并转化为模拟电压信号；所述ADC模块用于将模拟电压信...

【专利技术属性】
技术研发人员：张茂懋，伍国柱，黄晓晴，卢晓东，
申请(专利权)人：深圳市联恒星科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44