[发明专利]一种单切换激励模式的电容层析成像方法及装置与传感器

说明书

本发明涉及层析成像技术领域，尤其涉及一种单切换激励模式的电容层析成像方法及装置与传感器。一种单切换激励模式的电容层析成像方法，采用激励电极与检测电极分开设计方案，通过单独切换激励电极获得各电极对间的电容值，从而实现管道内气固两相流双层截面颗粒介质分布的在线准确测量。该装置主要包括静电耦合电容双模复用阵列传感器、电容信号调理模块、数据采集模块以及成像计算机。本发明还公开了一种静电耦合电容双模复用阵列传感器。本发明不需要在检测电极上连接切换开关电路，从而在实现管道截面颗粒介质分布在线测量的同时，不影响ECT传感器中低频静电信号的采集。

技术领域

本发明涉及层析成像技术领域，尤其涉及一种单切换激励模式的电容层析成像方法及装置。

背景技术

电容层析成像(ECT)技术是基于电容敏感机理的过程层析成像技术，具有响应速度快、不侵入被测区域、成本低廉、安全性好等优点，该技术已经在气力输送、流化床、快速床、油气开采及输运、热管、火焰成像、气固旋风分离和气液分离等领域开展了应用性研究。尽管如此，ECT技术在工业领域气固两相流动参数测量的推广应用方面仍处于初级阶段，尚需突破颗粒浓度测量下限、信号来源单一以及传感器“软场”效应等技术瓶颈。

为了突破这些技术瓶颈，一些学者开始尝试将多源传感器信息融合技术引入ECT中，从而实现对被测对象更加全面且完整的描述，其中，静电与ECT融合测量技术在气固两相流多参数测量中具有较明显的优势。

对于静电与ECT融合测量技术的研究，已进行了一定的探索和尝试，暴露出了静电传感器与ECT传感器测量敏感区域不一致性问题：由于静电传感器与ECT传感器的传感信息不能反映同一时间、同一区域的流体，因此对两者数据进行融合时产生较大的误差。

研究发现，ECT传感器电极上的原始输出信号包含了高频电容信号和低频静电信号。在静电与ECT融合测量技术的研究中，若能够根据ECT传感器的这一特性设计出相应的信号分离及检测电路，从而实现静电与电容信号的同时在线采集，可有效解决目前静电与ECT传感器测量敏感区域不一致性问题。

然而，传统的ECT在正常运行时需要在电极上连接切换开关电路用以切换电极的激励和检测模式，从而实现各电极对间的电容测量。该切换开关电路会严重干扰低频静电信号的连续在线采集，导致无法实现ECT原始信号中的高频电容信号和低频静电信号分离和检测。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于静电耦合电容双模复用阵列传感器的ECT系统，该传感器采用激励电极与检测电极分开设计方案，在传感器正常工作时通过单独切换激励电极获得各电极对间的电容值，而不需要在检测电极上连接切换开关电路，从而在实现管道截面颗粒介质分布在线测量的同时，不影响传感器中低频静电信号的采集。