一种螺旋结构电极的电容层析成像传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种电容层析成像装置范围，特别涉及一种螺旋结构电极的电容层析成像传感器。
【背景技术】
[0002]电容层析成像技术(ElectricalCapacitance Tomography，ECT)是20世纪80年代中期开始发展起来的一种多相流参数检测技术。ECT技术以电容敏感机理为基础，当被测区域内多相流介质形态、分布等发生变化时，会引起检测电容极板间的电容值变化，从而通过重建算法重建被测区域的多相流分布图像。
[0003]ECT系统的电容来源就是传感器，传统的ECT传感器多为单层布置的二维传感器结构，一般为8，12，16电极的阵列式结构，这些电极只布置在同一高度的四周，大小相同，距离相等，所测量的是一个截面上的介质分布，通过重建得到的图像即为测量区域上的一个截面，这样布置的传感器并不能反映出轴向上流场分布。
[0004]有鉴于此，研究人员提出一些解决方法。其一为间接三维电容层析成像技术。它是在管壁上布置多层电容极板，通过测量同层极板间的电容值进行图像重建，再通过重建出的一系列断层图的插值运算从而获得三维图像，成像结果只是数据的平均值，轴向分辨率低，无法测量多相流流速及物料在轴向的分布位置和精确形状。
[0005]其二为直接三维电容层析成像技术。当前技术是不同层布置传感器，同时检测同层和不同层电容极板间电容值。该种传感器布置方式虽然实现了三维成像，但在层与层之间的区域信号微弱，仅依靠边缘效应，因此其轴向分布率仍然较低，且轴向分布不均，误差相对较大，不能准确检测多相流流动轴向参数。
[0006]由此可见，现有的ECT三维传感器只能是分截面进行成像，严格意义来说是属于2.5D图像，所需电极板数量较多，检测数据维数大幅增加，提高成本，且后处理时间增长，实时性降低，计算机存储数据容量增大。因此，提出一个真正实现全部被测空间均能精确三维成像的ECT传感器有着十分重要的意义。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提出一种螺旋结构电极的电容层析成像传感器，该传感器包括主体结构部分和电容测量部分，其特征在于，所述主体结构部分是由绝缘管及固定支架组成，绝缘管内的圆形空间为被测空间；所述电容测量部分为在检测电极之间布置径向电极，径向电极与电极端屏蔽连接，屏蔽罩布置在绝缘管外周，由固定支架与绝缘管固定；径向电极、电极端屏蔽和屏蔽罩需使用接电线进行接地处理，让其处于零电势，以屏蔽电极间信号互扰及外界信号干扰，防止对测量结果产生影响;ECT信号采集设备通过电线与检测电极5连接。
[0008]所述检测电极呈螺旋形布置在绝缘管壁外侧，分两圈，每圈8个电极，共16个电极，连续均匀上升。
[0009]所述电极端屏蔽布置在绝缘管测量电极的上下端，靠近测量电极的一边边呈梯形布置，形成电极上端梯形屏蔽和电极下端梯形屏蔽;电极端屏蔽另一边与绝缘管口平齐。
[0010]所述检测电极、径向电极、电极上下端屏蔽电极和屏蔽罩均采用可导电的薄铜箔制作。
[0011]所述绝缘管及固定支架均采用PVC管或有机玻璃等绝缘材料制作。
[0012]本发明的有益效果是采用管壁外侧螺旋布置的电极传感器，真正实现了对被测圆形空间的三维成像，不仅可以得到径向横断面的成像信息，还可以得到多相流轴向分布位置、形态及流速等热工参数。与传统传感器相比，本发明提高了重建图像的轴向分辨率，其敏感场分布均匀。使用了 16块电极就实现了整个三维空间的均匀成像，有效减小了电极板数量，成本较低，实时性较快，后处理运算量大幅减少，提高检测实时性。
【附图说明】
[0013]图1为电容层析成像传感器结构示意图。
[0014]图2为检测电极的空间分布俯视图。
[0015]图3为检测电极，径向电极和电极端屏蔽的侧面展开图。
[0016]图4为ECT检测系统整体示意图。
【具体实施方式】
[0017]本发明提出一种螺旋结构电极的电容层析成像传感器，该传感器包括主体结构部分和电容测量部分。下面结合附图予以说明。
[0018]图1所示为电容层析成像传感器结构示意图。图中所示主体结构部分是由绝缘管1及固定支架8组成，绝缘管内的圆形空间为被测空间2;电容测量部分为在检测电极5之间布置径向电极6，检测电极5呈螺旋形布置在绝缘管1外侧，分两圈，每圈8个电极，共16个电极，连续均匀上升(如图3所示)。电极端屏蔽布置在绝缘管1的上下端，靠近测量电极5的一边呈梯形布置，形成电极上端梯形屏蔽4和电极下端梯形屏蔽7;电极端屏蔽另一边与绝缘管1管口平齐。径向电极6分别与电极上端梯形屏蔽4和电极下端梯形屏蔽7相连，屏蔽罩3布置在绝缘管1外周，与绝缘管相隔1至3厘米左右，由固定支架8固定在绝缘管1外周的上下端;径向电极6、电极上端梯形屏蔽4和电极下端梯形屏蔽7和屏蔽罩3通过电线接地，让其处于零电势，以屏蔽电极间信号互扰及外界信号干扰，防止对测量结果产生影响;通过电线ECT信号采集设备与检测电极5连接。
[0019]图2所示为检测电极的空间分布俯视图，序号a-h表示的是布置在绝缘管1外壁的底圈检测电极，a’-h’表示的是与a-h径向位置相同，轴向位置不同的顶圈检测电极，1-8表示的是布置检测电极5之间的径向电极6，在绝缘管1的外部还有屏蔽罩3。
[0020]图3为检测电极，径向电极和电极端屏蔽的侧面展开图。序号a-h和a’ _h ’表示的是检测电极，检测电极之间的是径向电极，其上下的梯形结构是电极端屏蔽。
[0021]图4所示是ECT检测系统整体。ECT传感器与数据采集及信号处理、图像重建与物参数提取、计算机和激励单元串联连接。
[0022]在传感器工作时，a电极上施加激励电压15V。首先进行ECT测量标定。当被测圆形空间为空场时，检测各电容极板对之间的电容值，作为空场标定。当被测空间充满介