用于测量电磁性能的设备和方法_2

文档序号:9635049阅读:来源:国知局
可以包括平面四方形或矩形板状电极。可以包括一组或多组传感器布置尺寸,例 如,所有的第二传感器元件可以具有共同的尺寸或者第二传感器元件组可以具有规定尺寸 以及至少另一第二传感器元件组具有不同的尺寸。第二元件的几何图形可以取决于实施环 境。作为示例,在一个实施方式中,第一传感器元件的直径为约4cm,具有高度为约3. 5cm并 且自感(selfinductance)为380μΗ的100阻铜线;然后,第二传感器元件是约6cm乘以 7cm的铜板。
[0045] 图2B示出了根据示例的传感器元件202的第二布置。第二布置202包括第一传 感器元件222的第一一维阵列以及第一传感器元件222的第二一维阵列,其中,这两个阵列 被安装至共同的传感器装备212中。与在图2A中一样,第一多个第一传感器元件布置为提 供电感测量,并且多个第二传感器元件布置为提供电容测量。在图2B的情况下,可以从每 个一维阵列的传感器元件中记录4个测量。
[0046] 图2C示出了根据一个示例的传感器元件204的第三布置。在这种情况下,第一传 感器元件224和第二传感器元件234组合并且耦合至传感器装配214。例如,可以组合在公 共电极布置中。此外,这可以包括安装在板状电极上的线圈或者布置为测量电容以及电感 的螺旋形或圆锥形线圈。相同的屏蔽可以用于电容和电感测量。可替换地,这两组传感器 元件可以安装在沿着共同传感器元件轴对准的单独平面内。第三布置204具有增大传感器 密度和测量对应性的优点。
[0047]图2D和图2E示出了根据示例的可以用于提供二维阵列的电感和电容测量的两个 布置。图2D示出了二维交错的多个第一传感器元件226和多个第二传感器元件236。在这 个示例中,传感器元件可以布置在共同的平面或传感器装配216内。可替换地,图2E的示 例示出了平面阵列,具有分类的几组每种类型的传感器元件,例如,布置在共同的平面或传 感器装配218内的两组第一传感器元件228和两组第二传感器元件238。
[0048]虽然在图2A到图2C中示出的布置被示出为一维平面布置,但是可以以一维、二维 或三维进行扫描或扫频,以提供具有固定的面积或体积的兴趣区域的测量。下面在图3A到 图3C中,描述了用于提供三维测量的一个布置。
[0049] 图3A示出了用于测量兴趣区域325的一个或多个电磁性能的传感器布置305的 横截面。此外,在这个示例中,兴趣区域325可以包括装置的内部,其中,兴趣对象在所述区 域、或者传送一个或多个流体的导管或导管内活动。在图3A中,一系列的p个传感器装配 315围绕兴趣区域325的外围布置。在一个实施方式中,可以耦合至包围兴趣区域325的 上部结构。在另一个实施方式中,可以单独耦合至包括兴趣区域的结构,例如,管道或导管。 每个传感器装配315包括一个或多个第一传感器元件和/或一个或多个第二传感器元件。 例如,每个传感器装配可以包括在图2A到图2E中示出的传感器装配210到218内示出的 至少一部分传感器元件。
[0050] 图3B示出相同传感器布置305的侧视图。在这个示例中,具有q圈传感器装配 315。传感器元件的尺寸和/或配置可以在一个或多个环状物之间变化。图3C示出了一圈 传感器装配的透视图。每个环状物的传感器装配315可以彼此和/或与上部结构耦合,或 者可以安装到包括兴趣区域的结构中。P乘以q个传感器装配315构成的组包围体积。然 后,由在体积内的对象和/或流体获得测量。在某些情况下,在图2A到图2E中使用的任何 布置可以沿着在图3B中示出的纵轴应用;例如,沿着在图2A到图2E中的水平轴的分布可 以沿着在图3B中的水平轴应用。
[0051] 例如,上面描述的传感器系统可以应用于无创性测量和/图像多相流动中。在某 些示例中,传感器元件交错以优化设备的总体敏感性分布。传感器元件可以布置在一维、二 维或三维布置中。例如,在单个平面内整合的一组传感器元件允许通过非导电和导电介质 的任何混合物来二维成像。然后,通过整合的三维传感器实现更详细的表征。例如,可以提 供在图3A和3C中的布置305,用于任何形状或三维体积。能够具有在示例中未示出的多个 几何图形。
[0052] 图4A到图4C示出可以供图2A到3C中的任一个的传感器布置使用的信号处理器。 在某些情况下,信号处理器可以供未示出的传感器布置使用。信号传感器还可以称为测量 处理器。
[0053] 图4A示出了两组测量数据1410和M2420。这可以是分别从多个第一传感器元件 以及多个第二传感器元件中接收的数据,例如,在图2A到图2E中的任何元件220到228以 及230到238。在某些示例中,第一组测量数据1410可以包括电感测量,并且第二组测量 数据M2420可以包括电容测量。虽然描述两组数据,用于方便解释,但是在某些实施方式中, 这些组可以组合成单组测量。例如,组合式系统可以产生可以通过各种方式表示的复阻抗 图像。在一个示例中,特定的复阻抗图像可以是表示复阻抗量的单个图像。在一个实施方式 中,测量数据1410和/或M2420可以包括数字电压值,例如,从电气耦合至传感器元件的模 数转换器中接收的值。这两组测量数据1410和%420由信号处理器430接收。在传感器 元件与信号处理器430之间可以具有一个或多个预处理模块。例如,此外,测量数据吣410 和%420可以由放大器、滤波器(例如,低通滤波器)、锁存器、缓冲器、积分器、收发器、多路 复用器等中的一个或多个预处理。信号处理器430被布置为根据测量数据1410和M2420 确定一个或多个电磁性能。输出所述一个或多个电磁性能的值,作为测量数据440。
[0054] 例如,信号处理器430可以被布置为根据第一组测量数据乂410确定兴趣区域的 导电率测量。这个导电率测量的一个或多个值可以由信号处理器430输出,作为测量数据 M_ 440。在图4A中未示出的某些情况下,信号处理器430可以访问由另一个元件确定的 导电率测量,例如,通过共享的存储器和/或储存器装置访问。信号处理器430还可以被布 置为将导电率测量用作输入参数,以根据测量数据M2420确定电容率测量。这个电容率测 量的一个或多个值可以由信号处理器430输出,作为测量数据M(jUT440。在某些情况下,信号 处理器430可以根据测量数据1410和M2420确定兴趣区域的复导电率测量,并且输出该测 量,作为测量数据MQUT 440。然后,作为测量数据MQUT 440可以用于表征在兴趣区域内的材 料和结构,包括包含导电和介电部分的组合的复合材料和结构。
[0055] 在某些情况下,可以将由信号处理器430确定的电容率(例如,磁导率)的估计反 馈到所述处理器使用的一个或多个模型内。例如,电容率的估计可以用于校正和/或校准 后续电感测量。具有某些材料和/或工艺,其中,在导电率与电容率之间具有相关性。在某 些示例中,这个相互性可以用于进一步增强图像融合。这可以提高后续导电率和/或磁导 率测量的精确度。在一种情况下,可以使用一个或多个状态模型,其中,所确定的导电率、磁 导率和/或电容率测量用于反复和/或概率性地会聚在兴趣区域的表征上。例如,卡尔曼 滤波器可以应用于测量中,以解释成像工艺的动态方面。在某些示例中,可以在单独相位中 反复生成导电率和/或磁导率以及电容率测量;在其它情况下,可以使用整合重构工艺。
[0056] 图4B示出通信耦接至一个或多个第一传感器元件220以及一个或多个第二传感 器元件230的信号处理器430。信号处理器405通过测量接口 405通信耦接至传感器元件 220、230。测量接口 405可以包括一个或多个电气和/或集成电路,以使信号处理器430能 够通过适合于处理的方式接收测量数据1410和M2420。在一个实施方式中,测量接口 405 可以包括多路分用器、放大器、收发器以及现场可编程门阵列(FPGA)模数转换器中的一个 或多个。
[0057] 图4C示出了其中信号控制器450用于将一个或多个信号提供给传感器元件220、 230的示例。在图4C中,信号控制器450通信耦接至一个或多个第一传感器元件220以及 一个或多个第二传感器元件230。在其它示例中,可以给每组传感器元件提供单独的信号控 制器。在图4C中,信号控制器450通过测量接口 405通信耦接至传感器元件220、230。在 这种情况下,测量接口 405可以包括一个或多个预处理元件,例如,FPGA模数转换器、放大 器、收发器以及多路复用器中的一个或多个。在一个实施方式中,信号控制器450通信耦接 至信号处理器430。在这种情况下,由信号处理器430生成的一个或多个信号可以由信号处 理器430接收。这些信号可以用于由信号处理器430执行的信号处理中。可替换地,在其 它示例中,如果根据预定的函数和/或时基生成一个或多个信号,那么这些信号可以由信 号处理器430独立复制。同样,在某些示例中,信号控制器450可以从信号处理器430中接 收数据;例如,时间和/或传感器元件选择信息。
[0058] 在图4C中,在至少一部分测量阶段中,选择至少一个第一传感器元件220-S1以接 收第一信号。例如,在第一传感器元件包括一个或多个线圈的情况下,可以选择特定线圈以 在至少一部分测量阶段中接收第一信号。第一信号可以是直流和/或交流。如果使用交流, 那么第一信号可以包括一个或多个频率分量。在这种情况下,在某些示例中,例如,可以在 测量阶段扫描频率范围,以便一部分测量阶段At与特定的频率分量相关联。在图4D中示 意性示出的一个示例455中,可以选择一个第一传感器元件220-S1,以在测量阶段的特定 部分中驱动,其中,使用剩余的第一传感器元件220-S2获得测量。在测量阶段的每个部分 中,可以反复选择在这组第一传感器元件内的不同的第一传感器元件,例如,如图4E中由 箭头470所示,以便多个第一传感器元件(在某些情况下,整个组)均由第一信号驱动。第 一信号可以保持相同,或者根据实施方式和测量要求,对于每个第一传感器元件改
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