专利名称：环形扇束光学层析成像激光空间阵列传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种用于气固两相流参数检测的环形扇束空间阵列传感器，属于传感器的创新技术。
2、背景技术多相流流动体系在工农业、环境工程中涉及的范围十分广泛，随着科学技术的发展和经济建设的需要，多相流参数检测的重要性越来越得到人们的重视，但是，由于多相流的流动特性复杂多变，其参数的检测难度大，故多相流参数检测技术无论在国内还是在国外都还处于探索研究中。为此，业内人士不断进行大量的研究和探索，考虑光学层析成像技术的测量灵敏场为硬场，在图像的空间分辨率和无辐射性等方面相对于射线层析成像、核磁共振成像、超声层析成像、电容层析成像、电阻(导)层析成像、电磁感应层析成像等其它技术有其独特优势，因此，业内人士对光学层析成像技术颇为关注，而光学层析成像技术的关键是光学传感阵列的空间布置，光学传感阵列的空间布置直接决定了穿过物场光束的方向和投影数目以及管截面单元体素的划分，同时决定了敏感场灵敏度分布及空间分辨率。
目前，光学传感阵列的空间布置大多采用正交矩阵排列的光纤层析成像空间传感阵列布置，光源采用带准直的LED或卤素灯，在水平与垂直方向各布置n对发射和接收器，则共有n2个剖分体素，如图6所示。在这种布置下，光束在通过介质的光波路程上各体素对光强的衰减是一致的，即光波通带中的介质在光线衰减上的灵敏度是均一的，光敏感场的灵敏度分布是均匀的，因而相应的图像重建算法比较简单，运算量也比较小，但它们存在的主要问题是穿过物场平行光束的方向数太少，从而使系统对于物场构造的识别率较低。
发明内容本实用新型的目的在于克服上述缺点而提供一种不仅空间分辨率高和投影数据量可观、穿过物场光束的方向数多，而且图像重建的质量满足检测要求的环形扇束光学层析成像激光空间阵列传感器。本实用新型设计巧妙，结构简单，检测精度高。
本实用新型的结构示意图如附图所示，包括有测量管段(1)、若干个发射器(2)、若干个接收器(3)及其信号预处理电路，其中若干个发射器(2)及若干个接收器(3)交错均布在测量管段落(1)同一截面的管壁上，接收器(3)的输出与信号预处理电路连接。
上述发射器(2)的发射光由其正对及其相邻的若干个接收器(3)接收。
上述发射器(2)的发射光为激光。
上述测量管段(1)在两个不同截面的管壁上还可分别交错均布有若干个发射器(2)及接收器(3)。
上述信号预处理电路包括有信号转换器A及信号放大器B，其中信号转换器A的输入端与接收器(3)的输出连接，信号转换器A的输出端与信号放大器B的输入端连接，信号放大器B的输出端与计算机数据采集接口连接。
上述信号转换器A为电流/电压转换器。
上述信号转换器A及信号放大器B均为集成运算放大器。
本实用新型的激光层析成像空间传感阵列由于采用环形布置的结构，且发射器的发射光为环形扇束的激光，故不仅空间分辨率和测量数据量可观、穿过物场光束的方向数多，而且图像重建的质量满足检测要求。本实用新型是一种有效的场参数检测传感器，可在不破坏、不干扰多相流流动状态的情况下，提供管内各相组分分布信息，可广泛应用于气固两相流体输送过程中非连续相介质的空间分布及流体流动速度参数的测量。本实用新型是一种设计巧妙，结构简单，检测精度高的环形扇束光学层析成像传感器。
图1为本实用新型的结构示意图；图2为图3的A-A剖面图；图3为本实用新型采用的光学层析成像激光空间传感阵列布置图；图4为本实用新型的信号预处理电路的原理框图；图5为本实用新型的信号预处理电路的原理图；图6为现有光纤层析成像空间传感阵列布置采用的正交矩阵排列图。
具体实施方式
实施例本实用新型的结构示意图如图1、图2、图3、图4、图5所示，包括有测量管段(1)、若干个发射器(2)、若干个接收器(3)及其信号预处理电路，其中若干个发射器(2)及若干个接收器(3)交错均布在测量管段(1)同一截面的管壁上，接收器(3)的输出与信号预处理电路连接。
本实施例中，为使其结构简单，且有可观的投影数据量，上述发射器(2)及接收器(3)各设有15个。
上述发射器(2)的发射光由其正对及其相邻的若干个接收器(3)接收。本实施例中，为使其空间分辨率和投影数据量可观，上述发射器(2)的发射光由其正对及其相邻的5个接收器(3)接收。
考虑激光与普通光源比较，具有单色性好、方向性好、会聚性好、高亮度的特点，故本实用新型中发射器(2)采用的发射光为激光，激光的波长λ＝650nm。
上述信号预处理电路包括有信号转换器A及信号放大器B，其中信号转换器A的输入端与接收器(3)的输出连接，信号转换器A的输出端与信号放大器B的输入端连接，信号放大器B的输出端与计算机数据采集接口连接。上述信号转换器A为电流/电压转换器。上述信号转换器A及信号放大器B均为集成运算放大器。本实施例中，信号转换器A及信号放大器B所用的放大器均为低噪声、小温漂和时漂、低输入失调电压型的oP07放大器。
本实用新型的检测原理是利用光线在媒质内传播过程中的衰减性质来获得某一方向(或角度)介质分布的投影数据，并通过获取多个方向的投影数据来重构介质(离散相)的二维分布图像。当一束光线通过某种介质时，光子被吸收，光线的强度将衰减，不同的介质具有不同的衰减系数。光学层析成像(PT)技术的关键就在于确定两相流的离散相在某一截面(薄层)中不同剖分单元体对光束的衰减系数，并通过衰减系数来表征离散相介质(微粒)的空间分布，也可对离散相的流型进行辨识，或通过对相邻两截面对应各像素的互相关分析来提取流体的流速特征信息。
本实用新型检测时，发射器(2)及接收器(3)必须在同一平面上，发射器(2)发出扇束光线，扇束光线穿过被测流体，被并行接收器(3)接收并形成投影数据，将所接收的光强与管内充满连续相时接收的光强相比，来判断是否有衰减，从而提取与该过程截面相分布有关的特征信息。光传感器排布成环形阵列，目的是为了获取更多反映两相流体相分布信息的投影数据以及构造更多的投影方向。信号预处理电路主要担负信号放大、滤波等任务。激光发射、控制和A/D转换由计算机控制相应接口卡来完成。图像重建是光学层析成像(PT)技术的另一个关键所在，利用扫描测量所得的有限数据和相应图像重建算法，实现由投影重建图像，获得反映被测两相流体各相组分分布的信息；图像分析和特征提取是对重建图像进行合理解释，提取反映被测流体流动特性的各特征量和被测流体各相组分分布的信息。
权利要求1.一种环形扇束光学层析成像激光空间阵列传感器，包括有测量管段(1)、若干个发射器(2)、若干个接收器(3)及其信号预处理电路，其特征在于若干个发射器(2)及若干个接收器(3)交错均布在测量管段(1)同一截面的管壁上，接收器(3)的输出与信号预处理电路连接。
2.根据权利要求1所述的环形扇束光学层析成像激光空间阵列传感器，其特征在于上述发射器(2)及接收器(3)均设有15个。
3.根据权利要求2所述的环形扇束光学层析成像激光空间阵列传感器，其特征在于上述发射器(2)的发射光由其正对及其相邻的若干个接收器(3)接收。
4.根据权利要求3所述的环形扇束光学层析成像激光空间阵列传感器，其特征在于上述发射器(2)的发射光由其正对及其相邻的5个接收器(3)接收。
5.根据权利要求4所述的环形扇束光学层析成像激光空间阵列传感器，其特征在于上述发射器(2)的发射光为激光。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的环形扇束光学层析成像激光空间阵列传感器，其特征在于上述测量管段(1)在两个不同截面的管壁上还可分别交错均布有若干个发射器(2)及接收器(3)。
7.根据权利要求6所述的环形扇束光学层析成像激光空间阵列传感器，其特征在于上述信号预处理电路包括有信号转换器A及信号放大器B，其中信号转换器A的输入端与接收器(3)的输出连接，信号转换器A的输出端与信号放大器B的输入端连接，信号放大器B的输出端与计算机数据采集接口连接。
8.根据权利要求7所述的环形扇束光学层析成像激光空间阵列传感器，其特征在于上述信号转换器A为电流/电压转换器。
9.根据权利要求8所述的环形扇束光学层析成像激光空间阵列传感器，其特征在于上述信号转换器A及信号放大器B均为集成运算放大器。
10.根据权利要求9所述的环形扇束光学层析成像激光空间阵列传感器，其特征在于上述信号转换器A及信号放大器B为低噪声、小温漂和时漂、低输入失调电压型的oP07放大器；发射器(2)的激光波长λ＝650nm。
专利摘要本实用新型是一种用于多相流参数检测的环形扇束光学层析成像激光空间阵列传感器。包括有测量管段(1)、若干个发射器(2)、若干个接收器(3)及其信号预处理电路，其中若干个发射器(2)及若干个接收器(3)交错均布在测量管段(1)同一截面的管壁上，接收器(3)的输出与信号预处理电路连接。本实用新型的激光层析成像空间传感阵列由于采用环形布置的结构，且发射器的发射光为扇束激光，故不仅空间分辨率高和投影数据量可观，而且图像重建的质量满足检测要求。本实用新型是一种有效的场参数检测传感器，可在不破坏、不干扰多相流流动状态的情况下，提供管内各相组分局部的、微观的二维分布信息，可广泛应用于气固两相流输送过程中非连续相介质的空间分布、流体流动速度分布的测量。本实用新型设计巧妙，结构简单，检测精度高。
文档编号G01N21/00GK2548150SQ0222775
公开日2003年4月30日 申请日期2002年5月24日 优先权日2002年5月24日
发明者郑莹娜, 李扬, 陈健, 刘强, 陈长缨, 司徒忠, 汤秀春 申请人:广东工业大学