专利名称：电容/图像法同体积场成像传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种过程成像技术，具体涉及一种电容层析成像传感器。
背景技术：
电容层析成像技术(ElectricalCapacitance Tomography, ECT)是 80 年代末发展起来的一项新型检测技术，其原理是依靠围绕被测区域的一组电容极板来获取不同电极对间的电容，然后经过数据采集装置传递给计算机，最终由计算机实现图像重建。由于其能够实现对整个截面上的物质分布测量，且廉价，测量速度快，近几年在气力输送、循环流化床、气液流动等两相流检测等方面得到了广泛应用。ECT虽然广泛应用于各种两相流的测量，但由于传统的电容层析成像传感器往往将测量电极封闭布置在管壁外，并沿测量电极轴向上下两端布置端屏蔽，同时在测量电极外侧布置屏蔽罩。这种传统布置方式存在以下问题，首先，ECT测量电极轴向长度通常较长，而ECT重建图像仅仅是管道的断面图像，不能反映测量区域的轴向分布信息；其次，这种测量电极及屏蔽罩均采用封闭结构，遮蔽了测量区域，造成目前ECT与其它光学方法大都是非同体积场测量，其测量域不完全相同，流型的瞬息万变，造成即使其它测量条件完全一致，其各传感器所测流型并不能保证相同，使得图像重建及参数测量精度大打折扣。同时，ECT具有“软场”特性，即ECT灵敏度分布受测量区域内物质分布的影响，影响着参数测量及图像重建的精度，同时也使得目前ECT对于低浓度气固两相流测量效果不佳。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种电容/图像法同体积场成像传感器，能同时获得物质分布的轴向及横向断面信息，提高检测精度，拓展测量范围，可对两相流稀相、密相成像。本发明的技术方案是以下述方式实现的:一种电容/图像法同体积场成像传感器，包括电容层析传感器和测量管道，所述电容层析传感器包括屏蔽罩和设置在测量管外的测量电极，测量电极沿轴向两端设有端屏蔽，所述端屏蔽、测量电极和屏蔽罩是多孔网状结构，所述测量管道采用透光的玻璃材料。所述测量电极均布在测量管道上，测量电极之间的间隙内设有隔离电极，隔离电极与端屏蔽相连，隔离电极是多孔网状结构。所述测量电极非均匀分布在测量管道上，测量电极的各个电极网孔密度沿着管道周向从图像法测量视角中间向两侧由密变稀布置，网孔密度稀的测量电极电极宽度大于网孔密度密的测量电极。所述测量电极数量为八、十二或者十六。所述测量电极、端屏蔽和屏蔽罩是不锈钢材质或者铜材质。与现有技术相比，本发明通过光透传感器引入同测量域光学图像“硬场”信息，可增加测量信息量，实现同体积场测量，通过轴向、横断面信息互补、修正，提高检测精度，拓展测量范围，对稀相密相均可成像:
(1)本发明中端屏蔽、测量电极、隔离电极、屏蔽罩均采用多孔网状结构，能够实现电容/图像法同时同体积场测量，避免了非同体积场测量时流型瞬变、流型不同等对测量结果造成误差；
(2)电容/图像法同体积场成像传感器具有速度快，价格低，非侵入式测量，保持测量流型原貌重现的优点；
(3)利用电容层析成像获得管道横截面分布图像，利用高速摄像机获得轴向截面分布图像，不仅增加了测量信息量，而且实现了轴向、管道横断面信息互补、修正，同时可改善电容层析成像软场特性的影响，提高该装置的检测精度；
(4)拓展了测量范围，使得该测量传感器针对稀相、密相两相分布均可成像测量。
图1是实施例1的结构示意图。图2是图1中电容/图像法同体积场成像传感器的剖视示意图。图3是实施例2的结构示意图。图4是图3中电容/图像法同体积场成像传感器的剖视示意图。图5为本发明工作状态示意图。
具体实施例方式实施例1:如图广2所示，一种电容/图像法同体积场成像传感器，包括电容层析传感器和测量管道2，所述电容层析传感器包括屏蔽罩I和设置在测量管2外的测量电极5，测量电极5两端设有端屏蔽4，所述端屏蔽4、测量电极5和屏蔽罩I是网状结构，所述测量管道2为透光玻璃。所述测量电极5均布在测量管道2上，测量电极5之间的间隙内设有隔离电极6，隔离电极6与端屏蔽4相连，隔离电极6是多孔网状结构。隔离电极6可以减小相邻测量电极5之间的电容，屏蔽罩I为圆筒状，将所有测量电极5、隔离电极6和端屏蔽4包围起来。测量时，端屏蔽4和屏蔽罩I用地线接地，以屏蔽外界干扰。CXD高速摄像机3布置于测量电极5正前方，其中心与测量管道2中心在同一水平面上，C⑶高速摄像机3具有与电容层析成像测量传感器相同测量域。通过ECT传感器获取管道横断面图像，通过高速摄像机获取轴向图像信息，进行轴向、管道横断面信息互补、修正，最终实现物质分布的精确图像重建。本实施例中测量管道2内径90mm、外径100mm，测量电极5的长度为120mm、宽为20mm，端屏蔽4的长度为100mm。测量电极5上的孔格数为120*20个，端屏蔽、屏蔽罩、隔离电极上的孔格大小与测量电极的相同。所述测量电极数量为八、十二或者十六。所述测量电极5、端屏蔽4和屏蔽罩I是不锈钢材质或者铜材质。图5是本发明工作时的连接方式:测量电极5与电容信号电缆线10相连，将采集到的信号通过ECT检测设备11传入计算机7实现管道横断面图像重建，所述的CXD高速摄像机3布置于电容成像传感器正前方，具有与电容层析成像传感器相同测量域，采集到的信号经摄像机信号电缆线12、图像采集卡13传入计算机7实现轴向图像再现，为获得清晰图像，可在传感器另一侧布置三基色光源8和遮光纸9。电容成像传感器测量过程如下:以12个测量电极为例，首先将任一测量电极作为激励电极，施以激励电压，检测其余测量电极，获得11个电容值，然后，然后以第一个测量电极的相邻测量电极作为下一个激励电极，检测获得10个电容值，依此类推，…，共可获得66个测量电容值。通过这66个测量电容值，采用图像重建算法，可获得重建的测量区域断面图像。实施例2:如图3和图4所示，一种电容/图像法同体积场成像传感器,包括电容层析传感器和测量管道2，所述电容层析传感器包括屏蔽罩I和测量管2，测量管2外设有测量电极5，测量电极5两端设有端屏蔽4，所述测量管道2、测量电极5和屏蔽罩I是网状结构。所述测量电极5非均匀分布在测量管道2上，测量电极5的各个电极网孔密度沿着管道周向从图像法测量视角中间向两侧由密变稀布置，网孔密度稀的测量电极电极宽度大于网孔密度密的测量电极。测量电极5沿中心线对称布置。本实施例中测量管道2内径90mm、外径100mm，测量电极5的长度为120mm，端屏蔽4的长度为100mm。如图4所示，沿着管道周向图像法测量视角两侧的测量电极5宽为32mm，其上的孔数为60*16个，中间处的测量电极5宽为17mm，其上的孔格数为120*17个。端屏蔽、屏蔽罩上的孔格大小与靠近测量管道2上下两端处的测量电极相同。所述测量电极数量为八、十二或者十六。所述测量电极5、端屏蔽4和屏蔽罩I是不锈钢材质或者铜材质。本实施例其他同实施例1。
权利要求
1.一种电容/图像法同体积场成像传感器，包括电容层析传感器和测量管道(2)，所述电容层析传感器包括屏蔽罩(I)和设置在测量管(2)外的测量电极(5)，测量电极(5)沿轴向两端设有端屏蔽(4)，其特征在于:所述端屏蔽(4)、测量电极(5)和屏蔽罩(I)是多孔网状结构，所述测量管道(2)采用透光的玻璃材料。
2.根据权利要求1所述的电容/图像法同体积场成像传感器，其特征在于:所述测量电极(5)均布在测量管道(2)上，测量电极(5)之间的间隙内设有隔离电极(6)，隔离电极(6)与端屏蔽(4)相连，隔离电极(6)是多孔网状结构。
3.根据权利要求1所述的电容/图像法同体积场成像传感器，其特征在于:所述测量电极(5)非均匀分布在测量管道(2)上，测量电极(5)的各个电极网孔密度沿着管道周向从图像法测量视角中间向两侧由密变稀布置，网孔密度稀的测量电极电极宽度大于网孔密度密的测量电极。
4.根据权利要求Γ3之一所述的电容/图像法同体积场成像传感器，其特征在于:所述测量电极(5)数量为八、十二或者十六。
5.根据权利要求Γ3之一所述的电容/图像法同体积场成像传感器，其特征在于:所述测量电极(5)、端屏蔽(4)和屏蔽罩(I)是不锈钢材质或者铜材质。
全文摘要
本发明公开一种电容/图像法同体积场成像传感器，包括电容层析传感器和测量管道，所述电容层析传感器包括屏蔽罩和设置在测量管外的测量电极，测量电极沿轴向两端设有端屏蔽，所述端屏蔽、测量电极和屏蔽罩是多孔网状结构，所述测量管道采用透光的玻璃材料。与现有技术相比，本发明通过光透传感器引入同测量域光学图像“硬场”信息，可增加测量信息量，实现同体积场测量，通过轴向、横断面信息互补、修正，提高检测精度，拓展测量范围，对稀相密相均可成像。
文档编号G01N27/22GK103149253SQ20131006519
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月1日 优先权日2013年3月1日
发明者董向元, 郭淑青, 于海龙 申请人:中原工学院