[发明专利]一种多阵列自适应电容层析成像传感器装置

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种多阵列自适应电容层析成像传感器装置，用于断层层析成像测量，特别是管道内流体、气体的分布、流型等的检测成像，属于检测领域。 

背景技术

电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography，ECT)技术是一种工业层析成像(Process Tomography，PT)技术。传统ECT传感器利用单圈多金属导电极板均匀分布围绕于测量管道外壁，并对每一对独立电极对进行测量，根据测量得到的M组独立电容值，推导计算管内混合物质的电容率分布，通常ECT传感器极板数量取8、12、16从而满足不同需要的测量。 

传统ECT传感器通常为环形单层、由8到16块极板构成。其局限性在于： 

(1)不同的传感器极板数目，能够明显影响传感器的测量数据量。极板数量越多，测量数据量越大。如果传感器尺寸固定，增加ECT传感器极板数量则会降低测量信号强度，因此传统ECT传感器无法根据实际测量需要，任意的改变传感器数量以实现不同测量倾向。 

(2)不同的传感器极板面积，能够对传感器测量信号强度产生明显影响。传统ECT传感器的极板面积在传感器设计完成之后是固定值，没有办法调整，因此只能满足固定的测量信号强度要求。 

(3)不同的保护极板的模式选择，能够对ECT传感器测量的空间分辨率产生影响。轴向保护极板通常分为驱动保护(Drive Guard)与端接地保护(End Guard)两种。驱动保护结构能够使ECT传感器在进行横截面成像时更为精确，而端接地保护结构能够使ECT传感器在轴向测量时保持高灵敏度，传统ECT传感器在设计完成之后无法需要根据不同的测量需要调整不同的传感器保护极板结构。 

为了改善以上ECT传感器测量中的局限性，以实现在不同测量条件和目的下，对传感器成像分辨率，测量精度以及成像速度的不同要求，需要提出一种新型的ECT传感器结构，能够灵活机动的变换结构特性。 

发明内容

为克服现有传统ECT传感器结构中存在的局限性，提出一种多阵列自适应的ECT传感器结构，满足多种模式测量需求。为了实现上述的发明目的，所述的多阵列自适应的ECT传感器技术方案以如下方式实现： 

一种多阵列自适应电容层析成像传感器装置，包括空绝缘容器，多阵列电极极板，绝缘层和屏蔽层；空绝缘容器外表面固定连接多阵列电极极板，多阵列电极极板外层依次为绝缘层和屏蔽层； 

固定传感器的空绝缘容器用于待测液体、颗粒、粉末状物质的盛装，也可以盛装小于容器直径的整瓶物质； 

多阵列电极极板由自上而下沿轴向等间距排列的n个环状极板组组成，每个环状极板组由m个均匀分布的单元极板组成；其中n为大于等于3的正整数，m为8、12、16的公倍数。相邻单元极板轴向间距相同，径向间距相同； 

因此空绝缘容器的外壁自上而下沿轴向按照相同中心角度紧贴至少三个环状极板组，每个环状极板组内最少设计48个单元极板。环状极板组之间的间距相同，每个环状极板组内的单元极板等间距排列，并且每个环状极板组内的单元极板轴向分布对应一致。 

沿轴向自上而下，依次选择至少一个环状极板组全部连通并且接地，构成传感器接地层；至少一个环状极板组用于测量，构成传感器测量层；至少一个环状极板组全部连通并且接地，构成传感器接地层；测量层和接地层之间至少间隔一个不导通的环状极板组，通过以上设置实现传感器的端接地保护模式。其中测量层由沿空绝缘容器外壁周向均匀分布的组合极板构成。组合极板是由i行，j列个相邻的单元极板组成的矩形极板，其中i、j为正整数，且1＜i＜n-2，1＜j＜m-1；组合极板沿空绝缘容器外壁周向均匀分布，相邻组合极板由不导通的单元极板隔开，相邻组合极板间距相等。 

沿轴向自上而下，依次选择至少一个环状极板组构成驱动保护层，至少一个环状极板组用于测量，构成传感器测量层，至少一个环状极板组构成驱动保护层，测量层和驱动保护层之间至少间隔一个不导通的环状极板组，通过以上设置实现传感器的驱动保护模式。其中驱动保护层和测量层由沿空绝缘容器外壁周向均匀分布，且分布相同的组合极板构成；驱动保护层组合极板所含的单元极板的列数与测量层组合极板列数相同；驱动保护层的组合极板 提供与之轴向对应测量层组合极板相同的电势。所述的组合极板是由i行，j列个相邻的单元极板组成的矩形极板，其中i、j为正整数，且1＜i＜n-2，1＜j＜m-1；组合极板沿空绝缘容器外壁周向均匀分布，相邻组合极板由不导通的单元极板隔开，相邻组合极板间距相等。