介质替代法木结构的水分电容层析成像标定装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种介质替代法木结构的水分电容层析成像标定装置及方法。针对木结构纹理结构及空鼓、木结等不稳定因素导致其介电常数分布不均匀而无法采用常规两点式空/满管标定方式标定的问题，提出介质替代方法。采用2电极采样电容传感器对不同含水量的样本木条采样，同时用烘干法测量其真实含水量，建立含水量和采样电容传感器电容的分布关系，并以均匀的两种不同介电常数颗粒的混合形成替代木结构的任意介电常数介质，实现对电容层析成像系统的空/满管电容标定，最终建立图像灰度和含水量的关系。本发明专利技术解决了不均匀介质电容层析成像标定难和标定不准的问题。成像标定难和标定不准的问题。成像标定难和标定不准的问题。

【技术实现步骤摘要】
介质替代法木结构的水分电容层析成像标定装置及方法


[0001]本专利技术涉及电容层析成像
，具体涉及一种介质替代法木结构的水分电容层析成像标定装置及方法。

技术介绍

[0002]电容层析成像技术（Electrical Capacitance Tomography，简称ECT）测量布置在成像区域轮廓布置的电极间的电容，根据传感器灵敏场特性及反演算法对成像区域的介电常数分布进行重建，可以实现对任意形状结构内部介电常数的非接触式成像，是一种理想的非接触式测量技术。通常的二维ECT在圆形绝缘刚性管道外沿圆周方向布置n个电容电极阵列，每2个电极间形成一个电容，共有m=n*(n
‑
1)/2个电容阵列C，而这m个电容的大小和管内介电常数的分布密切相关，通过对管内的传感特性建模，获取介电常数与阵列电容关系的管内灵敏场S，根据灵敏场S和n个阵列电容以及一定的反演算法重建管内介电常数分布。
[0003]在上述测量的过程中,由于固体物料种类变化或物性变化引起的两相流混合介电常数变化,会导致归一化电容的误差,而影响成像效果,所以需要对介质标定。通常标定过程中，一般要将电容层析成像传感器拆下,置于空管和满管2种状态下采集空管电容和满管电容数据，即两点式标定方法，也叫空满管标定。以气固两相流为例，第一步，将成像区域置空，获得空管下传感器电容，得到成像区域灰度为0的状态，称为空管标定；第二步，将成像区域充满被测介质，获得满管下传感器电容，得到成像区域灰度为1的状态，称为满管标定。
[0004]对于均匀稳定的介质如气固颗粒流、气液流、液固流等两相流的电容层析成像的两点式标定方法已经相当成熟，而在木结构含水量分布的成像中，由于木结构含水量受环境影响大、同时木结构的品种、纹理、木疥等也导致介电常数分布不均匀，无法找到或者制作含水量均匀且已知的稳定木材用于标定灰度对应的0和1，并且在标定的过程中发现图像灰度和含水量关系并不是线性的，如果采用常规的标定方法，会带来非线性误差，离两个标定点越远，含水量非线性误差越大。因此无法采用现有的成熟空/满管标定方法进行标定。

技术实现思路

[0005]1.所要解决的技术问题：针对上述技术问题，本专利技术提供一种介质替代法木结构的水分电容层析成像标定装置及方法，采用介质替代方法，以均匀的两种不同介电常数颗粒的混合形成替代木结构的任意介电常数的颗粒，解决不均匀介质标定难和标定不准的问题；本方案中用采样电容传感器和不同含水量的方形木条样本获取某一木种的水分和电容关系，形成含水量和采样电容的分度关系，用于介质替代法ECT标定。
[0006]2.技术方案：一种介质替代法木结构的水分电容层析成像标定装置，用于实现木结构含水量分布的标定；包括混合标定颗粒、多个不同含水量含量的样本木条、两电极采样电容传感器装置；所述混合标定颗粒由高介电常数和低介电常数的两种颗粒混合而成，并且能够通过调
节两种颗粒的比例实现改变混合标定颗粒的整体等效介电常数；所述两电极采样电容传感器装置包括测量电极板、激励电极板；所述测量电极板包括片状测量电极、有间隙地包围于测量电极四周的接地环形保护电极；所述测量电极板、激励电极板相对放置，两者之间的空腔作为测量区域，所述测量区域比样本木条略大，用于放入样本木条或者充满混合标定颗粒；所述激励电极与激励信号发生器相连产生激励交流电压信号，能够使测量区域产生均匀的交变电场。
[0007]进一步地，所述激励电极与测量电极均为矩形的铜箔；所述测量电极及包围其周边的接地环形保护电极整体的大小与激励电极形状及大小相同；所述样本木条的横截面为正方形；所述测量电极板、激励电极板之间的测量区域呈长方体。
[0008]进一步地，所述激励电极与测量电极均为矩形的不锈钢片；所述测量电极及包围其周边的接地环形保护电极整体的大小与激励电极形状及大小相同；所述测量电极板、激励电极板之间的测量区域呈长方体。
[0009]进一步地，所述激励电极的长为宽的两倍。
[0010]进一步地，所述样本木条的边长为15
‑
30mm；所述激励电极的长度为50
‑
100mm，宽度为30
‑
50mm。
[0011]进一步地，所述混合标定颗粒的颗粒为相对介电常数大于15的高介电常数的颗粒材料与相对介电常数小于4的低介电常数的颗粒材料混合。
[0012]一种介质替代法木结构的水分电容层析成像标定方法， 包括以下步骤：步骤一：预设至少5个不同含水量的样本木条，能够均匀涵盖常用含水量测量范围。
[0013]步骤二：将不同含水量的样本木条分别置于标定装置中的测量区域测量其对应的电容值Cs，同时对其称重获对应的样本木条的重量m
w
。
[0014]步骤三：采用烘干法获取每个样本木条在绝干下的重量m0；将木条放入103摄氏度的烘箱中干燥，去其水分，并不断监测其重量的变化；当在预设时间段时其重量变化小于预设的重量差时，认为该样本木条已经处于绝干状态，此时木块的重量为该样本木条的绝干重量m0；将每个样本木条的重量和绝干重量带入公式：MC=(m
w
‑ꢀ
m0)/ m0，计算出对应的样本木条的真实含水量MC。
[0015]步骤四：将步骤三获得的样本木条的含水量MC对应于其在步骤二测量的电容值Cs，输入计算机拟合出关系曲线，即得到木材的MC
‑
Cs的分度表。
[0016]步骤五：调节两种标定颗粒的比例形成预设的低介电常数的混合标定颗粒l，将其充满采样电容传感器的测量区域测量其电容Cs
l
后，查步骤四的分度表得到对应的水分MC
l
，并同时将该混合颗粒用于ECT的空管标定，得到对应的ECT图像灰度为0的空管电容；调节两种颗粒的比例形成预设的高介电常数的混合标定颗粒h，将其充满采样电容传感器中测量其电容Cs
h
后，查步骤四的木材的MC
‑
Cs的分度表得到对应的水分MC
h
，并同时将该混合颗粒用于ECT的满管标定，得到对应的ECT图像灰度为1的满管电容。
[0017]步骤六：根据步骤五标定的ECT重建灰度图像，并根据步骤五的的灰度和水分关系将图像灰度转换为含水量分度表。
[0018]进一步地，步骤六具体为：将木材的MC
‑
Cs的分度表中的表示电容值的坐标轴替换为灰度坐标轴，表示水分的坐标轴不变；基于步骤五的空满管标定结果，找到关系曲线中对
应灰度为0、1两个点；将灰度为0、1两个点之间均分，即可将木材的MC
‑
Cs的分度表转换为MC
‑
g分度表。
[0019]进一步地，步骤一中， 5个不同含水量的同类样本木条其含水量分布范围为15%
‑
50%，两两含水量之差大于5%。
[0020]3.有益效果：（1）本方案针对木结构纹理结构及空鼓、木结等不稳定因素的影响，导致其内部含水量不均匀，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.介质替代法木结构的水分电容层析成像标定装置，用于实现木结构含水量分布的标定；其特征在于：包括混合标定颗粒、多个不同含水量的样本木条、两电极采样电容传感器装置；所述混合标定颗粒由高介电常数和低介电常数的两种颗粒混合而成，并且能够通过调节两种颗粒的比例实现改变标定混合颗粒的整体等效介电常数；所述两电极采样电容传感器装置包括测量电极板、激励电极板；所述测量电极板包括片状测量电极、有间隙地包围于测量电极四周的接地环形保护电极；所述测量电极板、激励电极板相对放置，两者之间的空腔作为测量区域，所述测量区域比样本木条略大，用于放入样本木条或者充满混合标定颗粒；所述激励电极与激励信号发生器相连产生激励交流电压信号，能够使测量区域产生均匀的交变电场。2.根据权利要求1所述的一种介质替代法木结构的水分电容层析成像标定装置，其特征在于：所述激励电极与测量电极均为矩形的铜箔；所述测量电极及包围其周边的接地环形保护电极整体的大小与激励电极形状及大小相同；所述样本木条的横截面为正方形；所述测量电极板、激励电极板之间的测量区域呈长方体。3.根据权利要求1所述的一种介质替代法木结构的水分电容层析成像标定装置，其特征在于：所述激励电极与测量电极均为矩形的不锈钢片；所述测量电极及包围其周边的接地环形保护电极整体的大小与激励电极形状及大小相同；所述测量电极板、激励电极板之间的测量区域呈长方体。4.根据权利要求2或3所述的介质替代法木结构的水分电容层析成像标定装置，其特征在于：所述激励电极的长为宽的两倍。5.根据权利要求2或3所述的介质替代法木结构的水分电容层析成像标定装置，其特征在于：所述样本木条的边长为15
‑
30mm；所述激励电极的长度为50
‑
100mm，宽度为30
‑
50mm。6.根据权利要求1所述的介质替代法木结构的水分电容层析成像标定装置，其特征在于：所述混合标定颗粒的颗粒为相对介电常数大于15的高介电常数的颗粒材料与相对介电常数小于4的低介电常数的颗粒材料混合。7.介质替代法木结构的水分电容层析成像标定方法，采用如权利要求1
‑
6任一权利要求所述的装置；其特征在于： 包括以下步骤：步骤一：预设至少5个不同含水量的样本木条，能够均匀涵盖常用含水量测量范围；步骤二：将不同含水量的样本木条分别置于采样电容传感器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆伟东，杨道业，刘杏杏，肖叶巍，李波，李禹晗，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：