一种电容层析成像传感器的制作方法

本发明涉及传感器
技术领域：
，尤其涉及一种电容层析成像传感器。
背景技术：
：制药、食品以及其他化工领域存在着大量的流化床干燥、制粒和包衣工艺。实现对上述工艺过程的在线监测不仅可以为优化流化床反应器的结构提供参考，还能提高最终产品的质量。鉴于上述工艺在流化床反应器中的复杂运行状态，目前采用的监测方法有：光学法、正电子示踪法等。但这些手段技术复杂，对设备和运行环境有较多要求。故需要一种相对简单的适用范围广的新型的在线监测技术来实现对上述过程的实时监控。电容层析成像(electricalcapacitancetomography，ect)作为一种可视化成像技术，由于其结构简单、非侵入和非接触、无辐射、成像速度快、耐高温高压、低成本等特点正逐渐成为一种非常有前途的过程成像技术。电容层析成像技术虽然有上述许多优点，现有的电容层析成像系统的成像精度普遍不高，尤其针对不同类型的成像区域，如何提高电容层析成像系统的成像精度成为一种重要的研究课题。技术实现要素：(一)要解决的技术问题为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种电容层析成像传感器。(二)技术方案本发明的一种电容层析成像传感器，其包括：外层屏蔽罩、外层电极组和内置电极组，其中，外层电极组，其包括n块外层电极片，n块外层电极片之间间隔一定距离、均匀紧贴在管道外壁，n取8、12或16；外层屏蔽罩，其覆盖外层电极片和管道外壁；内置电极组，其包括电极单元，电极单元包括内置电极片及保护框，保护框为两块尺寸大于内置电极片的平板，其将内置电极片夹于中间，其两端固定于管道内壁。优选地，该电容层析成像传感器还包括：内层电极组和内屏蔽罩14，第一外层电极组，其包括n块第一电极片12，n块第一电极片12之间间隔一定距离、均匀紧贴在外层圆筒51的外壁；第一外层屏蔽罩11覆盖第一电极片12和外层筒壁51；内层电极组，其包括m块第二电极片13，m块第二电极片13之间间隔一定距离、均匀紧贴在与第一外层电极组正对的内层圆筒52的内壁；内屏蔽罩14覆盖第二电极片13和内层圆筒52；第一内置电极组位于外层圆筒51和内层圆筒52之间、正对第一外层电极组和内层电极组的环形区域53，其包括沿环形区域53径向方向、在环形区域53内均匀分布的k个电极单元，电极单元包括一第三电极片15及第一保护框16，第一保护框16为两块尺寸大于第三电极片的平板，其两端固定于外层圆筒51和内层圆筒52，m和k取4，第一内置电极组包括4个电极单元，围绕内层圆筒52的外壁成十字交叉。优选地，第三电极片15与其左右两侧的第一电极片12的中点和其左右两侧的第二电极片13的中点对齐，第一外层电极组和内层电极组均关于第一内置电极组对称。优选地，第一电极片12和第二电极片13平展后为高度相同、宽度相同或不同的矩形铜板；和/或第一外层屏蔽罩11平展后为柔软可弯折的矩形薄铜片平板，矩形薄铜片平板的厚度为0.3-0.5mm，其长度比外层圆筒51的外壁周长大20-30mm，其宽度比第一电极片12的高度高20-30mm；和/或内屏蔽罩14平展后为柔软可弯折的矩形薄铜片平板，矩形薄铜片平板的长度比内层圆筒52的内壁周长大20-30mm，其宽度比第一电极片12的高度h高20-30mm。优选地，第三电极片15为与第一电极片12和第二电极片13的高度相同，宽度小于或等于环形区域53的宽度的矩形铜板，第一保护框16为两块非金属材料制作的带有倒角的平板，平板厚度为5-10mm，其高度大于第三电极片15的高度，其宽度等于环形区域53的宽度，平板之间用胶粘接，将第三电极片15夹于中间，两端粘贴于外层圆筒51和内层圆筒52。优选地，第一外层屏蔽罩11和外层筒壁51之间固定有第一支架31，第一支架31由两个相同的半圆形支架32组成，两个半圆形支架32连接处的第一螺纹孔33由螺钉连接，固定于外层圆筒51的外壁，并被第一外 层屏蔽罩11覆盖，连接第一电极片12的导线由半圆形支架32上的第一通孔34引出。优选地，内屏蔽罩14和内层圆筒52之间固定有第二支架，第二支架也由两个相同半圆形支架32组成，两个半圆形支架32连接处的第一螺纹孔33由螺钉连接，紧贴在内层圆筒52的内壁，并被内屏蔽罩14覆盖，连接第二电极片13的导线由半圆形支架32上的第一通孔34引出。优选地，第一内置电极组的第一保护框16的两个平板采用打孔、螺栓连接。优选地，第二外层电极组，其包括n块第四电极片22，n块第四电极片22之间间隔一定距离、均匀紧贴在方形框54的外壁，第二外层屏蔽罩21覆盖第四电极片22和方形框54外壁，第二内置电极组包括一平行于方形框54一边框并正对第二外层电极组的电极单元，电极单元包括p个相隔一定距离首尾排列的第五电极片23及第二保护框26，其中第五电极片23的个数p与其所平行的方形框54边框所贴合的第四电极片22的个数相同，第二保护框26为两块尺寸大于第五电极片23的平板，其两端固定于方形框54的两个边框，n取8、12或16。优选地，第二外层屏蔽罩21紧贴于第四电极片22和方形框54外壁；或第二外层屏蔽罩21和方形框54外壁之间固定有第三支架41，第三支架41由两个长边支架42和两个短边支架43组成，其分别与方形框54长边和短边对应，长边支架42和短边支架43连接处的第二螺纹孔44由螺钉连接，固定于方形框54的外壁，并被第二外层屏蔽罩21覆盖，连接第四电极片22的导线由长边支架42和短边支架43上的第二通孔45引出。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：(1)在成像区域内部设置内置电极组，大大提高了成像精度；(2)电容层析成像传感器适用于方形框和内外圆筒等多种类型设备的成像区域；(3)内置电极组结构简单、加工量小、省时省力，方便安装。附图说明图1为本发明实施例所适用的环形区域的俯视图；图2为本发明实施例所适用的环形区域的剖视图；图3为本发明第一实施例的电容层析成像传感器结构图；图4为本发明第一实施例的平展后的第一电极片、第二电极片、第三电极片结构图；图5为本发明第一实施例的又一种电容层析成像传感器结构图；图6为本发明第一实施例的又一种电容层析成像传感器结构图；图7为本发明第二实施例的电容层析成像传感器结构图；图8为本发明第二实施例的又一种电容层析成像传感器结构图；图9为本发明第二实施例的又一种电容层析成像传感器结构图；图10为本发明第一、二实施例的半圆形支架的俯视图和正视图；图11为本发明第三实施例的电容层析成像传感器结构图；图12为本发明第三实施例的又一种电容层析成像传感器结构图；图13为本发明第三实施例的长边支架和短边支架的俯视图和正视图；图14为图3、图5和图6的电容层析成像传感器成像效果以及对应的没有内置电极组的电容层析成像传感器成像效果图；图15为图7、图8和图9的电容层析成像传感器成像效果以及对应的没有内置电极组的电容层析成像传感器成像效果图；图16为图11和12的电容层析成像传感器的成像效果图。【符号说明】11-第一外层屏蔽罩；12-第一电极片；13-第二电极片；14-内屏蔽罩；15-第三电极片；16-第一保护框；21-第二外层屏蔽罩；22-第四电极片；23-第五电极片；24-第二保护框；31-第一支架；32-半圆形支架；33-第一螺纹孔；34-第一通孔；41-第三支架；42-长边支架；43-短边支架；44-第二螺纹孔；45-第二通孔；外层圆筒-51；52-内层圆筒；53-环形区域；54-方形框。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。电容层析成像系统一般包括传感器、测量及数据采集电路和成像计算 机三大部分，传感器是在流体流动的管道或腔体外侧均匀粘贴的若干电容极板，任意两个电容极板均可组成1个两端子电容，管道或腔体内多相流动介质的相浓度的变化会引起电容极板间介电常数变化，从而引起电容值的微小变化，各对极板间的电容值包含了与相浓度有关的信息，测量及数据采集电路采集不同极板组合间的电容值并将值送入成像计算机按一定算法进行图像重建，就可以得到管道或腔体截面的多流相参数。本发明正是提供了一种加有内置电极装置的电容层析成像传感器。带有导流管的圆筒式流化床是化学、制药、食品工业常用的设备，带有导流管的圆筒式流化床具有床体和与床体同心设置的导流管，床体和导流管之间形成环形区域，本发明可适用于但不限于带有导流管的圆筒式流化床的床体和导流管之间形成环形区域的成像，如图1、图2所示，其分别表示本发明所适用的一种成像区域的俯视图、剖视图。成像区域为外层圆筒51和内层圆筒52所围成的环形区域53，外层圆筒51和内层圆筒52可以是带有导流管的圆筒式流化床的床体和导流管，环形区域53可以是床体和导流管之间的环形区域。在本发明第一实施例中，电容层析成像传感器包括：第一外层屏蔽罩11、第一外层电极组、内层电极组、内屏蔽罩14和第一内置电极组。第一外层电极组，其包括n块第一电极片12，n块第一电极片12之间间隔一定距离、均匀紧贴在外层圆筒51的外壁，第一外层屏蔽罩11覆盖第一电极片12和外层筒壁，内层电极组，其包括m块第二电极片13，m块第二电极片13之间间隔一定距离、均匀紧贴在与第一外层电极组正对的内层圆筒52的内壁，内屏蔽罩14覆盖第二电极片13和内层圆筒52，第一内置电极组位于外层圆筒51和内层圆筒52之间、正对第一外层电极组和内层电极组的环形区域53，其包括沿环形区域53径向方向、在环形区域53内均匀分布的k个电极单元，电极单元包括一第三电极片15及尺寸大于第三电极片15的第一保护框16，第一保护框16两端固定于外层圆筒51和内层圆筒52。其中n取8、12或16，m和k取4。该电容层析成像传感器可适用于环形区域53的成像，而且第一内置电极组的存在提高了电容层析成像传感器的成像精度。图3示出了本发明第一实施例的电容层析成像传感器，平展后的第一 电极片12和第二电极片13如图4所示。其中，第一电极片12和第二电极片13平展后为高度h相同、宽度w可相同也可不同的矩形极板。第一外层屏蔽罩11平展后为矩形平板，其采用柔软可弯折的薄铜片制成，矩形平板的厚度为0.3-0.5mm，其长度比外层圆筒51的外壁周长大20-30mm，其宽度比矩形极板的高度h高20-30mm。所述n取8，第一外层电极组由8块第一电极片12组成，第一电极片12材料为铜。所述m取4，内层电极组由4块第二电极片13组成，第二电极片13材料为铜。内屏蔽罩14平展后为矩形平板，其采用柔软可弯折的薄铜片制成，矩形平板的长度比内层圆筒52的内壁周长大20-30mm，其宽度比矩形电极的高度h高20-30mm。所述k取4，第一内置电极组包括4个电极单元，围绕内层圆筒52的外壁成十字交叉，第三电极片15为与第一电极片12和第二电极片13的高度h相同，宽度小于等于环形区域53的宽度的矩形极板，第一保护框16为两块非金属材料制作的带有倒角的平板，平板厚度为5-10mm，其高度大于第三电极片15的高度h，其宽度等于环形区域53的宽度，平板之间用胶粘接，将第三电极片15夹于中间，两端粘贴于外层圆筒51和内层圆筒52。第三电极片15与其右侧的第一电极片12的侧边对齐，并与其右侧的第二电极片13的侧边对齐，第一内置电极组使得电容层析成像传感器的成像精度大为提高。第一保护框16两端也可通过铆接、卡扣连接等方式固定于外层圆筒51和内层圆筒52。在图3中，第一外层屏蔽罩11和外层筒壁之间还可以固定有第一支架31，第一支架31由如图10所示的两个相同半圆形支架32组成，两个半圆形支架32连接处的第一螺纹孔33由螺钉连接，固定于外层圆筒51的外壁，并被第一外层屏蔽罩11覆盖，连接第一电极片12的导线由半圆形支架32上的第一通孔34引出。内屏蔽罩14和内层圆筒52之间还可以固定有第二支架，第二支架也由两个相同半圆形支架32组成，两个半圆形支架32连接处的第一螺纹孔33由螺钉连接，紧贴在内层圆筒52的内壁，并被内屏蔽罩14覆盖，连接 第二电极片13的导线由半圆形支架32上的第一通孔34引出。图5示出了本发明第一实施例的又一种电容层析成像传感器，所述n取12，其余特征均与图3的电容层析成像传感器相同；图6示出了本发明第一实施例的又一种电容层析成像传感器，所述n取16，其余特征均与图3的电容层析成像传感器相同。在本发明的第二实施例中，在第一实施例的电容层析成像传感器的基础上，调整第一外层电极组第一电极片12贴合于外层圆筒51外壁的位置，调整内层电极组第二电极片13贴合于内层圆筒52内壁的位置，使得第一外层电极组和内层电极组均关于第一内置电极组对称，以形成第二实施例的电容层析成像传感器。图7示出了本发明第二实施例的电容层析成像传感器，其将图3所示的电容层析成像传感器的第一外层电极组的第一电极片12均顺时针移动了第一电极片12之间间隔的角度的二分之一，并贴合于外层圆筒51外壁，将内层电极组的第二电极片13均顺时针移动了第二电极片13之间间隔的角度的二分之一，并贴合于内层圆筒52内壁，使得各个第三电极片15与其左右两侧的第一电极片12的中点和其左右两侧的第二电极片13的中点对齐，第一外层电极组和内层电极组均关于第一内置电极组对称，进一步提高了电容层析成像传感器的成像精度。图8示出了本发明第二实施例的又一种电容层析成像传感器，其将图5所示的电容层析成像传感器的第一外层电极组的第一电极片12均顺时针移动了第一电极片12之间间隔的角度的二分之一，并贴合于外层圆筒51外壁，将内层电极组的第二电极片13均顺时针移动了第二电极片13之间间隔的角度的二分之一，并贴合于内层圆筒52内壁，使得各个第三电极片15与其左右两侧的第一电极片12的中点和其左右两侧的第二电极片13的中点对齐，第一外层电极组和内层电极组均关于第一内置电极组对称，进一步提高了电容层析成像传感器的成像精度。图9示出了本发明第二实施例的又一种电容层析成像传感器，其将图6所示的电容层析成像传感器的第一外层电极组的第一电极片12均顺时针移动了第一电极片12之间间隔的角度的二分之一，并贴合于外层圆筒51外壁，将内层电极组的第二电极片13均顺时针移动了第二电极片13 之间间隔的角度的二分之一，并贴合于内层圆筒52内壁，使得各个第三电极片15与其左右两侧的第一电极片12的中点和其左右两侧的第二电极片13的中点对齐，第一外层电极组和内层电极组均关于第一内置电极组对称，进一步提高了电容层析成像传感器的成像精度。在上述实施例中，第一内置电极组的第一保护框16的两个平板的连接可以采用打孔、螺栓连接的形式。本发明还可适用于方形框区域的成像，在本发明第三实施例中，电容层析成像传感器包括：第二外层屏蔽罩21、第二外层电极组和第二内置电极组。第二外层电极组，其包括n块第四电极片22，n块第四电极片22之间间隔一定距离、均匀紧贴在方形框54的外壁，第二外层屏蔽罩21覆盖第四电极片22和方形框54外壁，第二内置电极组包括一平行于方形框54一边框并正对第二外层电极组的电极单元，电极单元包括p个相隔一定距离首尾排列的第五电极片23及尺寸大于第五电极片23的第二保护框26，其中第五电极片23的个数p与其所平行的方形框54边框所贴合的第四电极片22的个数相同，第二保护框26两端固定于方形框54的两个边框。该电容层析成像传感器可适用于方形区域的成像，而且第二内置电极组的存在提高了电容层析成像传感器的成像精度，n取8、12或16。图11示出了本发明第三实施例的电容层析成像传感器，所述n取16，方形框54的两长边对称均匀分布12块第四电极片22，两短边对称均匀分布4块第四电极片22，第二内置电极组也是由两块保护板拼接而成，保护板的材料与第一内置电极装置中的保护板材料相同，其长度与其所平行的方形框54的短边的长度相等，保护板之间用胶粘结，两端粘贴于方形框54两长边框，第五电极片23个数p为2，与其所平行的方形框54短边上的电极片数相等。在图11中，第二外层屏蔽罩21和方形框54外壁之间还可以固定有第三支架41，第三支架41由两个如图13所示的长边支架42和两个如图13所示的短边支架43组成，其分别与方形框54长边和短边对应，长边支架42和短边支架43连接处的第二螺纹孔44由螺钉连接，固定于方形框54的外壁，并被第二外层屏蔽罩21覆盖，连接第四电极片22的导线由长 边支架42和短边支架43上的第二通孔45引出。图12示出了本发明第三实施例的又一种电容层析成像传感器，所述n取8，其余特征均与图11的电容层析成像传感器相同，方形框54的两长边对称均匀分布6块第四电极片22，两短边对称均匀分布2块第四电极片22，第五电极片23个数p为1。在本发明第三实施例的又一种电容层析成像传感器中，所述n取12，其余特征均与图11的电容层析成像传感器相同。上述电容层析成像传感器的第二内置电极组提高了电容层析成像传感器的成像精度，并且该第二内置电极组结构简单、加工量小、省时省力，方便安装。图14表示本发明图3、5和6所示的电容层析成像传感器成像效果以及对应的没有第一内置电极组的内外双层电极结构的电容层析成像传感器成像效果；图15表示图7、8和9所示的电容层析成像传感器成像效果以及对应的没有第一内置电极组的内外双层电极结构的电容层析成像传感器成像效果；表1为上述电容层析成像传感器成像的相关系数。从表1可以明显看出具有内置电极组的电容层析成像传感器的成像效果要优于相应的没有内置电极组的电容层析成像传感器。表1图16为图11和12所示电容层析成像传感器的成像结果。从图16可以明显的看出，具有内置电极组的传感器的成像效果图中两物体没有“接触”，呈现出了两物体的分离状态，而不含内置电极组的传感器的成像效果图中两物体有“接触”。表2示出了和成像效果图相应的相关系数。相关系数定量的支持图16中成像效果的优劣，有内置电极组的传感器的成像相关系数均大于不含内置电极组的传感器的成像相关系数，体现了良好成像效果。表2相关系数816含内置电极组0.520.59不含内置电极组0.500.54至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明的一种电容层析成像传感器有了清楚的认识。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属
技术领域：
中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：(1)内置电极组还可以用于其它类型设备的成像区间；(2)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围；(3)上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。综上所述，本发明提供一种电容层析成像传感器，成像精度高、结构简单、易于加工，安装方便。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12