[发明专利]具有双层旋转电极的电容层析成像传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种过程成像装置，特别是一种具有双层旋转电极的电容层析成像传感器。

背景技术

电容层析成像（Electrical Capacitance Tomography,ECT）系统依赖布置于被测场域边界的阵列电极获取一系列的电容测量值，并利用电容测量值与被测场域内介质分布之间的关系进行图像的重建，得到被测场域内介质分布图像。传感器是ECT系统信息的源泉。通常ECT传感器的阵列电极为固定式，即电极个数固定,多为8，12个，尺寸固定，位置不可移动、不可旋转；且实施电容测量时，1个激励电极与1个测量电极以1+1的形式出现。这种情况下，有效的电容测量值极为有限，为n(n-1)/2，其中n为电极个数。由于电极个数不多于12，有效的测量数仅为66个。虽然增加电极个数n可增加有效测量数，但势必以减小电极宽度为代价，随之而来的是被测电容的降低，从而对测量系统提出更高的精度要求，使硬件成本大幅提高。有鉴于此，研究人员提出一些解决方法。其一，增加电极个数的同时采取多电极并联激励、并联测量的方法，使测量电容不致显著降低，并增加有效的测量数。

清华大学彭黎辉教授等人设计的36电极ECT传感器，就是采取这种策略。其二，对已有ECT传感器改造，增加机械旋转机构，从不同角度获取多组电容测量值，同样可增加有效测量数。如波兰Lodz大学设计的旋转式4电极ECT传感器。但是，与其他成像技术相比，ECT的有效测量数还是偏少，影响其成像质量的进一步提高。通常，ECT传感器采用的固定式电极结构，其角度、位置固定，而使有效测量数据受到很大限制。一直以来，成像分辨率低是ECT难于得到大规模推广的根本原因。

现有ECT采用固定式传感器，传感器电极数目多为8、12、16个，其能提供的测量数据非常有限，而导致ECT提供的重建图像分辨率不同。因而，设计能够获取更多有效测量数据的传感器关乎ECT技术进一步的发展和推广应用，是目前亟待解决的一项技术难题。

发明内容

针对上述技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种具有双层旋转电极的ECT传感器，利用两层可自由旋转的旋转部件，使ECT检测电极可对被测场域实施多角度的激励、测量，从而达到增加有效测量数据、提高ECT图像分辨率的效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种具有双层旋转电极的电容层析成像传感器，该传感器包括有主体结构部分及电容测量部分，其特征是：所述主体结构部分是由两层可自由旋转的圆形管构成，即两层之间存有一定间隙的外层旋转管、内层旋转管，在所述外层旋转管外周设有屏蔽电极，在所述主体的底部设置有一固定台；所述电容测量部分包含有电压激励信号源、电容测量电路形成的电容测量系统及仪器地；

所述内层旋转管的内壁上至少粘附一个激励电极，所述外层旋转管的内壁上至少粘附一个测量电极，并粘附保护电极；电容测量系统工作时，激励电极与电压激励信号源相连；测量电极与电容测量电路相连，处于虚地电位状态；保护电极与屏蔽电极与仪器地相连，处于地电位。

本发明的效果是采用该结构的传感器内、外两层旋转管以管道中心为轴自由旋转，从而使附着于旋转管壁上的检测电极可对传感器的敏感区域连续扫描，可从任意角度测量激励电极、测量电极之间的电容值。该结构的传感器一、可用电容测量数据的数目可比原有传感器增加10倍乃至100倍以上；二、电极个数较原有传感器减少，从而使电容测量系统得以简化。

附图说明

图1是本发明的双层旋转电极传感器的整体结构正面剖视图；

图2是本发明的双层旋转电极传感器的整体结构俯视图；

图3是本发明的内层旋转管内壁电极布置图；

图4是本发明的外层旋转管展开内壁电极布置图；

图5是本发明的外层旋转管外壁电极布置图；

图6是本发明的电极连接关系图。

图中：

1、外层旋转管      2、内层旋转管      3、固定台         4、激励电极

5、保护电极        6、测量电极        7、屏蔽电极       8、电压激励信号源

9、电容测量电路   10、电容测量系统11、仪器地

具体实施方式

结合附图及实施例对本发明的具有双层旋转电极的ECT传感器结构加以说明。