一种组合型印制电路板电容层析成像传感器制造技术

本发明专利技术公开了传感器设计领域的一种组合型印制电路板电容层析成像传感器。传感器由一个或多个测量电极模块组成；测量电极模块采用三层印制电路板的结构，包括内板、电极阵列板和外板；所述内板形成测量通道的内壁；所述电极阵列板的中间为非导电的材料的基板；所述外板构成传感器外侧。本发明专利技术提供的传感器即可按照常规的方式安装在非导体壁面的流动通道的外侧，也可以装配在流动通道的内壁，从而不变更原有管道的材料和结构；同时，传感器具有薄壁的特点，布置在流动通道的内壁时对流动的影响可降低至最低。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了传感器设计领域的一种组合型印制电路板电容层析成像传感器。传感器由一个或多个测量电极模块组成；测量电极模块采用三层印制电路板的结构，包括内板、电极阵列板和外板；所述内板形成测量通道的内壁；所述电极阵列板的中间为非导电的材料的基板；所述外板构成传感器外侧。本专利技术提供的传感器即可按照常规的方式安装在非导体壁面的流动通道的外侧，也可以装配在流动通道的内壁，从而不变更原有管道的材料和结构；同时，传感器具有薄壁的特点，布置在流动通道的内壁时对流动的影响可降低至最低。【专利说明】一种组合型印制电路板电容层析成像传感器
本专利技术属于传感器设计领域，尤其涉及一种组合型印制电路板电容层析成像传感器。
技术介绍
物质可以有不同的形态，例如液态、气态等，或者物态形态相同却具有不同的组分，如油和水等。当两种或多种具有不同形态的物，或者实不同组分的物质同时在管道内流动时，对其某种或多种物质在管道截面上的位置分布和浓度分布的测量是工业应用常见的问题。理想的情况下，不希望传感器过多地侵入流动区域内部，对流动造成干扰；同时又希望能够得到完整的截面物质分布。但由于物质分布的复杂性以及随各种条件变化，这种测量通常十分困难。电容层析成像技术是随着计算机技术和检测技术的进步发展起来的新一代参数检测技术，其英文名称为Electric Capacitance Tomography,简称ECT。类似于为人熟知的医学CT，ECT以传感器件以电极阵列从外部环绕流动通道的被测截面，通过扫描的方式依次测定所有电极对之间的电容值。被测截面内物质分布的变化将造成所测电容值的相应变化，ECT则根据所测的电容值，通过图像重建的过程重建出被测截面内的物质分布。与医学CT相比，电容层析成像的速度领先数十倍甚至百倍以上，可以实现非稳态过程的实时测量，并且安全、经济、灵活；与光学测量相比，电容层析成像则不受设备透光性的影响。ECT的测量对象可以是多种多样的，包括气-固两相流、气-液两相流、固-液两相流、具有不同介电系数的液-液两相流，以及固-液-气三相流等多相流。一个常见的应用对象是不同液体的管道中的相分布测量，例如采油工程中管道内的油-水两相流，或油-气-水三相流中油的截面分布乃至流量测量。由于ECT测量电极可以围绕测量空间的外围安装，所以ECT传感器本身不会对管道内的流动造成影响，是一种非侵入式的测量技术；同时，ECT还能获得所测量的截面上的完整的物质分布图。由于对管道机械强度的要求、压力承受能力的要求、密封性的要求、以及制造与安装等方面的需求，工业设备常常使用金属管道作为两相流或多相流的输送管道。尽管传统的ECT传感器能够实现不干扰流动的测量过程，但是，对于工业过程中常用的金属管道，传统的ECT传感器不能围绕在金属管道的外面，因为于金属管道会产生电磁屏蔽作用而使ECT传感器无法测量管道内的参数。因此，当前的办法是在安装时在传感器位置上换走原本的金属管道，换上内径相同的不导电的传感器框架，以便在其外布置电极。这样将改变原有的管道材料，并可能会造成管道的连接问题和强度问题。另外，传感器本身的耐压能力相对较低，这将降低设备的压力承受能力。对于承受一定压力的大口径管道，这个问题尤为严重。
技术实现思路
针对
技术介绍
中提到的金属管道系统，无法在不改动原有的金属管道结构的同时，以不干扰流体流动的方式进行管道截面上相分布测量的问题，本专利技术提出了一种组合型印制电路板电容层析成像传感器。—种组合型印制电路板电容层析成像传感器，其特征在于，所述传感器包括一个或多个测量电极模块；所述测量电极模块采用三层印制电路板的结构，包括内板、电极阵列板和外板；所述内板形成测量通道的内壁；所述电极阵列板的中间为非导电的材料的基板；所述基板朝向测量通道的一面为正面，布置测量电极、测量电极引线、测量电极之间的屏蔽电极以及测量电极两端的端部屏蔽电极；所述基板的另一面为背面，布置屏蔽电极；所述外板构成传感器外侧；其中，所述测量电极之间的屏蔽电极、测量电极两端的端部屏蔽电极和基板背面的屏蔽电极通过穿过基板的导线连接。所述多个测量电极模块组合时，在相邻两个测量电极模块之间安装模块间屏蔽电极，并将模块间屏蔽电极通过公共导线进行连接。所述多个测量电极模块组合时，所形成的形状包括闭合形状和非闭合性状；所述闭合性状包括圆形、椭圆形和矩形；所述非闭合形状包括槽形和半圆形。所述基板背面的屏蔽电极采用金属网结构。本专利技术的有益效果是:(I)传感器能够在不改变原有流动通道的情况下，把对流动的影响降到最小乃至于可以忽略的程度，从而形成一种能够不改变原有流动通道，而且不干扰通道内流动的层析成像传感器，由此可以解决常规的传感器需要替换部分原有管道的问题。(2)由于传感器测量电极表面上极薄的内板，内板的介电系数的影响显著降低，有助于提高传感器的测量灵敏度，减小误差，从而获得优良的测量性能。(3)传感器整体厚度极小而具有很好的柔韧性，这样传感器可以具有各种尺寸并可在一定程度上进行形状的调整，从而具有对多种流动通道结构的非常灵活的适应性，使传感器可以灵活地布置在流动通道的任何位置，除了可以适应矩形管道的壁面，也可以较好地适应圆形的管道壁面。(4)由分立的模块组合而成，而各个模块可以根据现有的流动通道的尺寸分别设计，最后将所有模块在通道里进行组合。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术提供的由四个测量电极模块组合成的传感器示意图；其中，(a)为传感器的正视图；(b)为传感器的左侧视图；图2是本专利技术提供的测量电极模块的电极阵列板面向被测量通道一面的结构图；图3是本专利技术提供的测量电极模块的电极阵列板背向被测量通道一面的结构图；图4是本专利技术提供的传感器在流动通道内的布置与ECT数据采集仪器的连接方式；其中，Ca)为传感器在流动通道内的布置的正视图；(b)为传感器在流动通道内的布置的中心剖面图；(C)为(b)中圆圈部分的局部放大图；图5是本专利技术提供的传感器在管道内部和外部的具体布置方式；其中，(a)为传感器在管道内部的具体布置方式图；(b)为传感器在管道外部的具体布置方式图；其中，1-测量电极模块；2_电极阵列板；3_测量电极；4_测量电极之间的屏蔽电极；5_测量电极两端的端部屏蔽电极；6_测量电极引线；7_基板背面屏蔽电极；8_流动通道管壁；9_密封件；10-紧固密封件的管箍；I1-ECT数据采集器；12-法兰盘。【具体实施方式】下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。图1是本专利技术提供的由四个测量电极模块组合成的传感器示意图；其中，(a)为传感器的正视图；(b)为传感器的左侧视图；正视图显示上、右、下、左四块测量电极模块1，四个测量电极模块I组合成框形结构，左侧视图显示传感器的左侧模块，以及上下模块。测量电极模块I采用三层印制电路板的结构，包括内板、电极阵列板和外板；所述内板形成测量通道的内壁；所述电极阵列板的中间为非导电的材料的基板；所述外板构成传感器外侧。图2是本专利技术提供的测量电极模块的电极阵列板面向被测量通道一面的结构图；图3是本专利技术提供的测量电极模块的电极阵列板背向被测量通道一面的结构图。其中，电极阵列板2的中间为非导电的材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合型印制电路板电容层析成像传感器，其特征在于，所述传感器包括一个或多个测量电极模块；所述测量电极模块采用三层印制电路板的结构，包括内板、电极阵列板和外板；所述内板形成测量通道的内壁；所述电极阵列板的中间为非导电的材料的基板；所述基板朝向测量通道的一面为正面，布置测量电极、测量电极引线、测量电极之间的屏蔽电极以及测量电极两端的端部屏蔽电极；所述基板的另一面为背面，布置屏蔽电极；所述外板构成传感器外侧；其中，所述测量电极之间的屏蔽电极、测量电极两端的端部屏蔽电极和基板背面的屏蔽电极通过穿过基板的导线连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘石，任思源，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：