[发明专利]一种多模态传感器

说明书

本发明公开了一种由四端口柔性PCB电极构成的多模态传感器，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。本发明通过四端口电极设计，将电阻层析成像感应器与电容层析成像传感器进行了集成，并将其集成与谐振腔融合形成多模态传感器，从而实现对拥有不同导电性的多相流的测量。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体地涉及一种四端口柔性PCB电极及由其构成的应用于多相流检测的多模态传感器。

背景技术

作为过程层析成像技术的一种实现方式，电学层析成像技术是以两相流或者多相流为检测对象，主要通过电学测量的方法来研究过程参数分布的实时检测技术。该技术通过测量安装在未知容器或管道表面的电极间的电容/电阻抗值，可以重建出容器或者管道的内部介电常数/电导率分布，从而快速、无损地获得未知容器内部的介质分布情况。与传统的断层参数获取技术相比，电学层析成像技术的主要优点主要体现在以下几方面：1)能提供在线的二维或三维可视化信息；2)可提取被测对象内部的介电常数或电导率分布信息，且无辐射、安全无害；3)非侵入，不破坏待测物场分布；4)响应快、实时性强；5)结构简单，成本低廉。

然而，随着电学层析成像技术在多相流检测中的研究深入，电学层析成像技术在检测多相流中的缺陷逐渐显现出来，例如电容层析成像在具有非导电性的多相流(例如气、油两相)的检测中具有良好的表现，但是其在具有导电性的多相流的检测中会出现测量性能下降甚至失效的情况。而电阻层析成像在具有导电性的多相流中有较好的表现，在非导电性的多相流检测中失效。电容层析成像技术和电阻层析成像技术可以相互补偿其在多相流检测中的弱势。因此，已经有关于将电阻层析成像技术和电容层析成像技术进行融合的研究发表，但是如何判断当前所测流体的导电性，选择电容层析成像技术或者电阻层析成像技术，一直是未解决的问题。

发明内容

针对上述已有技术存在的不足，本发明提出了一种将谐振腔和电学成像技术融合的多模态传感器，在电阻层析成像和电容层析成像的模态之间进行切换，最终实现具有不同导电性的多相流的测量。

在微波技术中谐振腔是非常重要的组成部分，谐振腔的入射端天线使电磁波进入谐振腔。电磁波在腔内连续反射，若波形和频率与谐振腔匹配，可形成驻波，即，发生谐振。在多相流检测中，谐振腔技术已经成功被用来检测油水混合物中水的含量，并且具有高灵敏性和高精度性。

典型的谐振腔测量系统主要包括两个部分；1)获取被测场谐振频率的谐振腔传感器--它在一个频率范围内的扫频信号激励下，通过特殊的腔体结构会形成谐振，加在腔体上的天线被用来施加激励信号和接收信号；2)数据采集和处理单元，矢量网络分析仪(VNA)或者标量网络分析仪(SNA)被用来搜寻谐振频率，谐振频率会随着场域内物质的构成的变化而变化。

根据本发明的一方面，提供了一种四端口柔性PCB电极，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，所述电阻测量电极包括不相连地嵌于所述矩形金属片内部的环形金属片。

根本本发明的另一方面，提供了一种利用上述四端口柔性PCB电极的多模态传感器，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；