[发明专利]一种基于电容层析成像系统的顶吹气泡在粘性流体中可视化实时监测方法及应用

权利要求书

1.一种基于电容层析成像系统的顶吹气泡在粘性流体中可视化实时监测方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤1、通过电容层析成像系统装置测量已标定的熔池熔炼顶吹传感器电容极板间电容值；

步骤2、将步骤1测量得到的电容值进行归一化处理；

步骤3、将经步骤2归一化电容值进行平滑处理；

步骤4、将经步骤3平滑处理电容值采用线性反投影图像重建算法建出气泡在熔体内分布图像。

2.根据权利要求1所述的基于电容层析成像系统的顶吹气泡在粘性流体中可视化实时监测方法，其特征在于：所述步骤1中电容层析成像系统装置安装在熔池池壁上，电容层析成像系统装置包括阵列式电容传感器(1)、电容数据收集箱(2)和数据处理与显示的计算机(3)，阵列式电容传感器(1)电极引线与电容数据收集箱(2)输入端相连，电容数据收集箱(2)输出端与数据处理与显示的计算机(3)连接；阵列式电容传感器(1)包括阵列电极以及阵列电极两端的电极端环形屏蔽电极(4)和接地屏蔽电极(5)；电极引线为电缆线，电缆线包括电缆芯和屏蔽丝网，电缆芯与阵列电极连接，屏蔽丝网与接地屏蔽电极(5)连接。

3.根据权利要求1所述的基于电容层析成像系统的顶吹气泡在粘性流体中可视化实时监测方法，其特征在于：熔池熔炼顶吹传感器电容极板间电容值标定方法具体为：将熔池中充满空气时测定得到熔池中充满低介电常数时的静态电容值Cg；以及将熔池中充满熔体时测定得到熔池中充满高介电常数时的静态电容值Co。

4.根据权利要求3所述的基于电容层析成像系统的顶吹气泡在粘性流体中可视化实时监测方法，其特征在于：所述步骤2中归一化处理过程具体为C₁＝Cm-Cg/Co-Cg，式中，C₁为归一化的电容值，Cm为工况中实际电容值，Cg为熔池中充满低介电常数时的静态电容值，Co为熔池中充满高介电常数时的静态电容值。

5.根据权利要求4所述的基于电容层析成像系统的顶吹气泡在粘性流体中可视化实时监测方法，其特征在于：所述步骤3中平滑处理过程具体为采用五点三次平滑法计算公式：

Y_k＝1/35(-3C_1(k-2)+12C_1(k-1)+17C₁+12C_1(k+1)-3C_1(k+2))，式中C₁为实际测量并经归一化的电容值数据，Y为平滑处理后的电容值数据，k是测量信号的长度；k＝3，4，…。

6.根据权利要求4所述的基于电容层析成像系统的顶吹气泡在粘性流体中可视化实时监测方法，其特征在于：所述步骤4中线性反投影图像重建算法为：

G＝S^TY_k，

Gⁿ⁺¹＝Gⁿ+α×S^T×(Y_kⁿ-S×Gⁿ)，

式中，Y_k是五点三次平滑处理后的电容值数据，Y_kⁿ是五点三次平滑处理后的n阶电容向量，k是测量信号的长度；k＝3，4，…；S是m×n矩阵，G是m阶图像向量，其中n为测量的电容个数，m为测量区域的像素数，α为迭代步长，S矩阵反映了测量区域物质分布变化对测量电容值的影响值数据，T是线性代数中矩阵转置符号。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的基于电容层析成像系统的顶吹气泡在粘性流体中可视化实时监测方法，其特征在于：所述熔体为导热油。

8.一种根据权利要求1至6任意一项所述的基于电容层析成像系统的顶吹气泡在粘性流体中可视化实时监测方法的应用，当熔体为熔池熔炼金属物料熔体时，基于电容层析成像系统能应用在熔池熔炼顶吹实时监测气泡运动状态。