专利名称：一种微型电容层析成象传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种传感器，具体的说涉及一种电容层析成象(Electricalcapacitance tomography，ECT)系统的微型传感器(Micro-sensor)。
背景技术：
ECT技术是应用于多相流测量与控制的一种新型技术，其原理是传感器围绕被测区域设置一组电极板，ECT系统依靠传感器检测区域内物质分布变化而引起的电容变化，籍以确定内部物质浓度分布。因此具有不干扰流场、快速、廉价、无放射性等优点。ECT技术经过十几年的发展，己在多相流参数检测及过程安全和可靠性检测、粉(粒)料气力输送过程、化工分离过程、生化反应过程、流化床的监测等方面得到了研究和应用。
经过国内外专家的共同努力，ECT技术得到了长足的发展。但在微小尺度条件下的应用还没有见到。微型传感器十分精密和复杂，所采集电容信号非常微弱，因此对传感器的灵敏度和抗干扰性要求较高。目前，公知的ECT传感器的设计主要针对工业管道内两相流参数的测量，其结构尺寸、测量精度和空间分辨率还不能满足微尺度下两相流参数的测量。
发明内容
为了克服现有的ECT传感器不能适用于微尺度下两相流测量的不足，本发明提供一种微型传感器，该微型传感器不仅可以满足微尺度下两相流流动参数测量的要求，而且还能够测量微米级的液膜厚度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种微型电容层析成象传感器，由测量电极和绝缘隔离层组成，多个截面呈扇形的测量电极与多个片状绝缘隔离层间隔布置，相邻两电极之间是绝缘隔离层，相互围成圆筒状，共同形成毛细管的周壁，中心是组合成的圆形通道，此圆形通道即作为ECT传感器，也作为测量对象的导热和流动管道；传感器的圆形通道两端和前后的管道连接，密封严密，形成一段完整的流动通道；测量电极与信号线的线芯相连，采集到的信号通过控制电路传入计算机。
所述的电容层析成象传感器，其所述测量电极与绝缘隔离层间隔布置，其间隔为等间隔或不等间隔地排列。
所述的电容层析成象传感器，其所述测量电极数目是在4～16之间。
所述的电容层析成象传感器，其对于等距布置的测量电极，测量电极外缘的宽度按公式w＝πd/m-δ计算，式中w为每一个测量电极的宽度，d为毛细管外径，m为测量电极总数，δ为测量电极之间的间隔。
所述的电容层析成象传感器，其还包括端屏蔽和屏蔽罩，端屏蔽如帽状，其端面中心有通孔，通孔周缘为折边，套于毛细管周壁的两端，端屏蔽中心通孔与毛细管的圆形通道相适配；屏蔽罩如筒状，位于传感器外部，套于毛细管外周壁，将所有测量电极包围于内，并通过导线与两个端屏蔽相连；端屏蔽和屏蔽罩接地保持零电势，测量电极与端屏蔽、屏蔽罩完全隔离开。
所述的电容层析成象传感器，其信号线的线芯与测量电极相连，屏蔽线与端屏蔽、屏蔽罩相连。
所述的电容层析成象传感器，其所述测量电极是采用铜材料制作，隔离层是采用聚四氟乙烯制成。
所述的电容层析成象传感器，其所述端屏蔽、屏蔽罩是采用铜材料制作。
本发明的有益效果是，可以满足ECT系统在微尺度下两相流参数测量的要求，相比普通ECT传感器，其测量精度和空间分辨率都有较大提高，从而拓宽了ECT技术的应用范围。
图1是本发明一种微型电容层析成象传感器的立体示意图；图2是本发明微型传感器的八个电极纵剖面构造图；图3是本发明的使用流程示意图。
具体实施例方式
实施例1在图1、图2中，可看到本发明的结构，由测量电极2和绝缘隔离层3组成，8个截面呈扇形的测量电极2与片状绝缘隔离层3间隔布置，相邻两电极之间是绝缘隔离层3，8个测量电极2和8个绝缘隔离层3相围成圆筒状，共同形成毛细管1的周壁，中心是组合成的精密圆形通道。在测量电极2两端，分别设有端屏蔽4，端屏蔽4端面中心有通孔，通孔周缘为折边。端屏蔽4如帽状，套于毛细管1周壁的两端，端屏蔽4中心通孔与毛细管1的圆形通道相适配。传感器和前后的管道连接，密封严密，形成一段完整的流动通道。传感器和测量管道具有基本相同的传热和流动特性，如常规金属管壁所具有的热阻和摩擦系数等。为了显示微型传感器的内部结构，图1没有画出屏蔽罩5。
从图2可以看出，筒状屏蔽罩5位于传感器外部，套于毛细管1外周壁，将所有测量电极2包围于内，并通过导线与两个端屏蔽4相连。测量电极2与端屏蔽4、屏蔽罩5完全隔离开。实际测量时，屏蔽信号线的线芯与测量电极2相连，屏蔽线与端屏蔽4相连。端屏蔽4和屏蔽罩5接地保持零电势，从而抗除静电干扰。为了显示测量电极2和绝缘隔离层3的布置情况，图2没有画出端屏蔽4。
各测量电极2和端屏蔽4的长度没有严格限定，可视需要根据传感器的长度而定，本实施例中传感器的长度为35mm，各测量电极2和两个端屏蔽4的长度都为10mm。测量电极2的外缘宽度按公式w＝πd/m-δ计算，式中w为每一个测量电极的宽度，d为毛细管外径，m为测量电极总数，δ为测量电极之间的隔离层的外缘宽度。本实施例中毛细管外径d为8mm，各测量电极的宽度为2mm。
微型传感器的测量电极2、端屏蔽4、屏蔽罩5等均由导电材料制成，本实施例采用的是铜，隔离层3则采用聚四氟乙烯制成。
实施例2图3是微型传感器的测量实施例，其中传感器围绕被测区域6设置一组测量电极2，检测区域内物质分布变化而引起的电容变化，采集电路7将得到的数据通过PCI卡，送入计算机进行数据处理和图像重建，得到被测区域内部物质分布图8。
本发明电场计算公式为拉普拉斯方程 ε为介质的介电常数。
离散计算的边界条件为当电极作为激励电极时，其边界设为激励电压值，其余电极电压为0。对各电极进行检测时，相邻电极的增益为低增益，其余为高增益。实际测量时，首先第一号电极作为激励电极，其余为检测电极，以8电极传感器为例，检测出7个电容值，然后，第二号电极作为激励，检测6个电容值，按照这样的方式，共检测出C82=8×(8-1)/2=28]]>个电容值。激励与检测通过计算机将控制信号送入采集电路，进而控制传感器电极的激励与检测状态。
本发明上述实施例仅用来说明本发明的技术方案，其不应限定本发明的保护范围，若对上述实施例中技术方案做出的等效变换，均应属于本发明保护的范围。
权利要求
1.一种微型电容层析成象传感器，由测量电极和绝缘隔离层组成，其特征是多个截面呈扇形的测量电极与多个片状绝缘隔离层间隔布置，相邻两电极之间是绝缘隔离层，相互围成圆筒状，共同形成毛细管的周壁，中心是组合成的圆形通道，此圆形通道即作为ECT传感器，也作为测量对象的导热和流动管道；传感器的圆形通道两端和前后的管道连接，密封严密，形成一段完整的流动通道；测量电极与信号线的线芯相连，采集到的信号通过控制电路传入计算机。
2.根据权利要求1所述的电容层析成象传感器，其特征是所述测量电极与绝缘隔离层间隔布置，其间隔为等间隔或不等间隔地排列。
3.根据权利要求1所述的电容层析成象传感器，其特征是所述测量电极数目是在4～16之间。
4.根据权利要求2所述的电容层析成象传感器，其特征是对于等距布置的测量电极，测量电极外缘的宽度按公式w＝πd/m-δ计算，式中w为每一个测量电极的宽度，d为毛细管外径，m为测量电极总数，δ为测量电极之间的间隔。
5.根据权利要求1所述的电容层析成象传感器，其特征是还包括端屏蔽和屏蔽罩，端屏蔽如帽状，其端面中心有通孔，通孔周缘为折边，套于毛细管周壁的两端，端屏蔽中心通孔与毛细管的圆形通道相适配；屏蔽罩如筒状，位于传感器外部，套于毛细管外周壁，将所有测量电极包围于内，并通过导线与两个端屏蔽相连；端屏蔽和屏蔽罩接地保持零电势，测量电极与端屏蔽、屏蔽罩完全隔离开。
6.根据权利要求5所述的电容层析成象传感器，其特征是信号线的线芯与测量电极相连，屏蔽线与端屏蔽、屏蔽罩相连。
7.根据权利要求1所述的电容层析成象传感器，其特征是所述测量电极是采用铜材料制作，隔离层是采用聚四氟乙烯制成。
8.根据权利要求5所述的电容层析成象传感器，其特征是所述端屏蔽、屏蔽罩是采用铜材料制作。
全文摘要
一种电容层析成象微型传感器，主要由测量电极、隔离层、端屏蔽和屏蔽罩组成。测量电极等间隔或不等间隔地排列，相邻电极之间设置非常细微的绝缘隔离层。多个测量电极形成毛细管的周壁，组合成精密的流动或传热通道。此环形通道即作为ECT传感器，也作为测量对象的流动管道，具有所需的传热和流动特性，如常规金属管壁所具有的热阻和摩擦系数等。作为可选设置，测量电极两端可设有端屏蔽，也可有一圆筒形屏蔽罩将整个传感器包围于内，端屏蔽和屏蔽罩接地保持零电势。该微型传感器可以在不干扰测量对象流动和传热，不改变测量对象热力特性的前提下，满足微尺度下两相流流动参数测量的要求，例如能够测量微米级的液膜厚度。
文档编号H05K9/00GK1920545SQ20051009332
公开日2007年2月28日 申请日期2005年8月25日 优先权日2005年8月25日
发明者刘石, 李惊涛, 董向元, 赵树华 申请人:中国科学院工程热物理研究所