用于测量电磁性能的设备和方法_5

文档序号:9635049阅读:来源:国知局
个单独的传感装配,如在图 3A到图3C中所示。图10B示出了相同应用的侧视图。在这种情况下,通过入口 1045接收 第一相位1010,并且通过入口 1055接收第二相位1020以及第三相位1030。在导管中,这 些相位混合,如在图10B中所示。然后,设备1015能够使用在示例中描述的技术使这个混 合成像。例如,三相流动可以包括作为第一相位1010的气体、作为第二相位1020的盐溶液 (例如,海水)以及作为第三相位1030的固体(例如,沙)。可替换地,三相流动可以包括 作为第一相位1010的气体、作为第二相位1020的油以及作为第三相位1030的盐溶液(例 如,海水)。由于盐溶液导电并且其它相位是电介质,所以这通常难以使用电容层析成像或 磁感应来成像;然而,在本文中的示例中描述的集成方法允许将导电和介电方面成像。例 如,能够测量一个流体在另一个流体内的浓度或者固体在流体内的分布。而且,在导管包括 导电和非导电材料的组合的情况下,这允许通过无创的方式来这样做。通过相似的方式,也 可以应用于在本文中描述的技术,以监控电缆,例如,海底电缆。在这些情况下,可以具有在 导电环境(例如,沙子和/或海水)内由一个或多个绝缘元件(例如,聚合物护套)包围的 导电元件(例如,铜芯)。这些元件的不同的电磁性能可以使用在本文中描述的示例性成功 的成像。
[0096] 在另一个示例应用中,兴趣区域可以包括结构,其包括具有不同的电磁性能的材 料的混合物。例如,在图1A和图1B中示出的设备110可以用于使具有加强钢筋的混凝土 结构成像。在这种情况下,在本文中描述的技术可以用于监控钢构件的腐蚀以及监控混凝 土结构的完整性。同样,所述技术也可以应用于复合结构中,例如,飞机或风力涡轮机元件。 例如,可以用于勘测在复合碳纤维和/或玻璃纤维结构内的大面积冲击损坏。还可以安全 地应用于核工业中。作为进一步示例,所述技术可以用于在地球物理勘探中使导电和介电 元件成像。所述技术甚至通过湿润土壤(比干土壤更具有导电性)成功操作并且能够检测 埋藏的陶瓷物体,并且通常检测具有金属和电介质对比的组合的材料。
[0097] 现在,参照图12A、图12B以及图12C描述测试例。这个测试例示出了使用在本文 中描述的某些示例可以在比较ECT成像情况中提高层析成像的方式。
[0098] 图12A示出了测试布置的照片。测试布置包括传感器布置1210。传感器布置1210 具有兴趣区域1225。这个传感器布置1210可以如在图2A到图2E或图3A到图3C中的任 一个中的所述配置。例如,在传感器布置1210包括传感器布置305的情况下,兴趣区域325 可以是传感器布置1210的内部,S卩,兴趣区域1225。在这个测试例中,在兴趣区域内具有两 个测试样本:绝缘木制方框1230和导电金属棒1240。
[0099] 图12B示出了比较ECT处理器的测试例的示例输出。例如,在这个比较情况下,ECT 层析成像设备可以包括12个电极,在电极与外部屏蔽之间具有径向滤网。在这个ECT层析 成像设备中,每个电极的尺寸可以是217X32mm2,并且在电极之间的滤网可以是3mm宽。处 理层析成像有限公司(ProcessTomographyLimited) (PLT)300EECT电容测量单元可以供 通过1. 25MHz固定的激发频率使用。12个通道可以连接至电极,以测量内部电容。图12B 示出了这种设备的比较输出。显示了层析成像图像,其中,通过空气的参考测量,执行ECT 处理。可以看出,不能使导电和绝缘材料的混合物成像:比较输出图像几乎空白,具有几个 噪声区域。
[0100] 图12C示出了如在本文中所述的在使用示例层析成像处理器时的测试例的示例 输出,例如,这可以是示例600的输出,例如,层析图像620。在这种情况下,通过估计导电率 调节导电材料(即,导电金属棒1240)的存在和位置,并且使用这个导电率估计以及一个或 多个电容测量,生成示例输出。例如,可以根据如在本文中所述的估计的电容率测量,生成 层析图像。比较在图12C中示出的输出和在图12B中示出的输出,在图12C的区域1250中 清晰地示出了绝缘木制方框1230的存在和位置,并且如区域1255所示,从导电率估计中解 出导电金属棒1240的存在和位置。换言之,更新的背景数据和前向模型(例如,更新为包 括导电估计)提供电介质的清楚分布,如在图12C中所示。
[0101] 在本文中描述的某些技术可以用于侧电磁性能。这些可以是无源电磁性能,包括 导电率、磁导率、电容率以及复阻抗中的一个或多个。例如,在本文中描述的设备和/或信 号处理器能够映射电阻抗,包括电容率和导电率。在本文中描述的某些示例中,通过多个频 率执行测量;这进一步光谱分析上述无源电磁性能。在某些情况下,在本文中描述的测量可 以不同,例如,可以表示在成功测量之间的变化或者偏离已知的一组值。
[0102] 根据在本文中描述的一个示例,提供了一种用于确定兴趣区域的一个或多个电磁 性能的设备,包括:至少一个测量接口,用于接收对应于所述兴趣区域的一个或多个电感测 量以及对应于所述兴趣区域的一个或多个电容测量;以及信号处理器,其通信耦接至所述 至少一个测量接口,并且被布置为至少根据所接收的一个或多个电感测量,获得导电率的 估计,并且确定使用至少所述导电率的估计的电容率测量以及所接收的一个或多个电容测 量。
[0103] 在某些示例中,所述信号处理器被布置为使用所述一个或多个电感测量来校准所 述一个或多个电容测量。所述信号处理器可以被布置为确定所述兴趣区域的多个子区域的 导电率的估计,并且确定与所述电容测量相关联的雅可比矩阵,根据所述导电率的估计,补 偿所述雅可比矩阵。所述信号处理器还可以被布置为输出导电率、磁导率、电容率以及复阻 抗中的一个或多个的测量。
[0104] 在某些示例中,所述设备包括拓扑处理器,其通信耦接至所述信号处理器并且被 布置为在所述兴趣区域内映射一个或多个电磁性能的空间分布。
[0105] 在一种情况下,所述设备包括:一个或多个第一传感器元件,其电气耦合至所述至 少一个测量接口,至少一个第一传感器元件被布置为在应用第一信号时,提供对应于最接 近所述设备的兴趣区域的电感测量;以及一个或多个第二传感器元件,其电气耦合至所述 至少一个测量接口,至少一个第二传感器元件被布置为在应用第二信号时,提供对应于最 接近所述设备的所述兴趣区域的电容测量。所述第一和第二信号中的一个或多个可以包 括至少一个频率分量。在这种情况下,信号控制器可以被布置为供应以下中的一个或多个: 将所述第一信号供应给一个或多个第一传感器元件,其中,在测量阶段期间,至少一个第一 传感器元件传输所述第一信号并且从至少一个其它第一传感器元件中记录一个或多个电 感测量;并且将所述第二信号供应给一个或多个第二传感器元件,其中,在测量阶段期间, 至少一个第二传感器元件传输所述第二信号并且从至少一个其它第二传感器元件中记录 一个或多个电容测量。所述信号控制器还可以被布置为供应以下中的一个或多个:将所述 第一信号依次供应给每个第一传感器元件,在所述多个第一传感器元件内的其它第一传感 器元件构成的组用于提供多个电感测量;并且将所述第二信号依次供应给每个第二传感器 元件,在所述多个第二传感器元件内的其它第二传感器元件构成的组用于提供多个电容测 量。在一些实施方式中,所述信号控制器被布置为将所述第一和第二信号传送给所述信号 处理器,并且在确定所述兴趣区域的一个或多个电磁性能时,所述信号处理器被布置为使 用所述信号。
[0106] 在上述的情况下,所述多个第一传感器元件和所述多个第二传感器元件中的一个 或多个可以被布置为提供多个电压测量。在一些实施方式中,所述第一传感器元件与所述 第二传感器元件交错。第一传感器元件和第二传感器元和/或可以通过绝缘体(例如,无 触点)与所述兴趣区域电气隔离。
[0107] 在某些情况下,所述信号处理器被布置为使用所述电容率测量来获得导电率的后 续估计。
[0108] 根据在本文中描述的一个示例,提供了一种测量兴趣区域的一个或多个电磁性能 的方法,包括:接收对应于所述兴趣区域的一个或多个电感测量;至少根据所接收的电感 测量,确定在所述兴趣区域内的导电率的分布;接收对应于所述兴趣区域的一个或多个电 容测量;并且至少使用所述导电率的分布以及所述一个或多个电容测量,确定在所述兴趣 区域内的导电率的分布。确定导电率的分布,可以包括根据所接收的电感测量,确定在所述 兴趣区域内的导电率的分布。根据所确定的分布,所述方法的输出可以是所述兴趣区域的 复阻抗映射。可以提供所述方法,作为计算机程序。
[0109] 在一种情况下,所述传感器元件与所述兴趣区域对准,并且接收一个或多个电感 测量以及接收一个或多个电容测量中的一个或多个包括通过信号驱动在所述多个传感器 元件内的一个或多个传感器元件,并且在所述多个传感器元件内的一个或多个其它传感器 元件内测量响应。所述信号可以具有至少一个频率分量。在这种情况下,驱动一个或多个 传感器元件可以包括通过多个信号驱动一个或多个传感器元件,每个信号具有一个不同的 频率分量,并且其中,为频域确定所述分布。
[0110] 在一个示例中,确定分布包括确定表示在所述兴趣区域内的电磁性能的空间分布 的图像和/或确定表示在所述兴趣区域内的电磁性能的体积分布的三维图像。
[0111] 在某些情况下,重复所述方法的步骤,其中,确定在兴趣区域内的导电率的分布包 括将先前驱动的分布用于电容率。
[0112] 根据在本文中描述的一个示例,提供了一种用于测量兴趣区域的一个或多个电磁 性能的设备,包括:多个第一传感器元件,其布置在平面阵列内,所述第一传感器元件被布 置为在应用第一信号时,提供对应于最接近所述设备的兴趣区域的电感测量,所述电感测 量用于在兴趣区域上执行磁感应断层成像;以及多个第二传感器元件,其与在平面阵列内 的一个或多个第一传感器元件整合,所述第二传感器
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