[发明专利]一种多模态传感器

权利要求书

1.一种四端口柔性PCB电极，其特征在于，包括电阻/电容测量电极片、两个相同的轴向屏蔽电极片和四个接线端口，

所述轴向屏蔽电极片对称且不相连地设置于所述电阻/电容测量电极片的纵向两端，

所述电阻/电容测量电极片包括电容测量电极片和电阻测量电极片，所述四个接线端口分别设置在两个轴向屏蔽电极片、所述电容测量电极片和所述电阻测量电极片上，

所述电容测量电极片包括矩形金属片，所述电阻测量电极片包括不相连地嵌于所述矩形金属片内部的环形金属片。

2.一种含有如权利要求1所述的四端口柔性PCB电极的多模态传感器，其特征在于，包括：

内部为所测场域的绝缘支撑管，沿其纵向轴线包括相邻的第一截面和第二截面；

设置于所述第一截面的电阻/电容层析成像感应器，所述电阻/电容层析成像感应器包括沿所述绝缘支撑管的内壁圆周均布的多个四端口柔性PCB电极，和固定于所述绝缘支撑管的外壁的径向屏蔽金属壳，各四端口柔性PCB电极的纵向轴线与所述绝缘支撑管的纵向轴线平行；

设置于所述第二截面的谐振腔感应器，所述谐振腔感应器包括安装于所述绝缘支撑管的外壁的谐振腔外壳以及由所述谐振腔外壳和所述绝缘支撑管的外壁限定的谐振腔体。

3.根据权利要求2所述的多模态传感器，其特征在于，所述谐振腔感应器的最优尺寸参数以及其空载谐振频率，根据所测场域的谐振频率、品质因数和场分布以及绝缘支撑管的结构和尺寸，通过计算机仿真得到，具体仿真过程如下：

根据绝缘支撑管的结构和尺寸，在有限元仿真软件中建立谐振腔感应器的矩形或圆柱谐振腔体结构；选择不同的谐振模式，得到谐振腔感应器的谐振频率；利用有限元仿真软件的参数扫描功能，分别分析谐振腔感应器的各尺寸参数对谐振频率的影响，最终确定谐振腔感应器的最优尺寸参数，并得到其空载谐振频率。

4.根据权利要求3所述的多模态传感器，其特征在于，使用HFSS的参数扫描功能，分别分析谐振腔体的长、宽、高和谐振频率及品质因数之间的关系，进一步确定谐振腔感应器的最优尺寸参数。

5.根据权利要求3所述的多模态传感器，其特征在于，通过所述谐振腔感应器的谐振频率来推断多相流的含水率，然后与含水率的设定阈值作对比：当含水率小于设定阈值，则采用电容层析成像来实现多相流的横截面的图像重建；当含水率大于设定阈值，则采用电阻层析成像来实现多相流的横截面的图像重建。

6.根据权利要求2-5之一所述的多模态传感器，其特征在于，各所述四端口柔性PCB电极的宽度与相邻四端口柔性PCB电极之间的间隙的比值为9:1，各所述四端口柔性PCB电极的宽度为[(d*π)÷n]×0.9,d为绝缘支撑杆的外径，n为四端口柔性PCB电极的数量。

7.根据权利要求6所述的多模态传感器，其特征在于，相邻四端口柔性PCB电极之间的间隙内设置有周向屏蔽金属片。

8.根据权利要求2-5之一所述的多模态传感器，其特征在于，各四端口柔性PCB电极利用紧固件通过各自的四个接线端口固定于所述绝缘支撑管的内壁。

9.根据权利要求8所述的多模态传感器，其特征在于，所述紧固件与所述绝缘支撑管的内壁间的空隙填充有密封胶。

10.根据权利要求2-5之一所述的多模态传感器，其特征在于，所述径向屏蔽金属壳为管状铜皮外壳，其通过法兰固定于所述绝缘支撑管的外壁，所述绝缘支撑管由PVC或亚克力有机玻璃制成。