[发明专利]一种内置电极式电容层析成像传感器

说明书

本申请公开了一种内置电极式电容层析成像传感器，其特征在于，所述电容层析成像传感器为桶状传感器，由内至外依次包括阵列分布电极、电极绝缘套管、法兰外管、绝缘型管和信号传输线；所述阵列分布电极为N个大小相同并且由测量端和固定端组成的电极片，其中N的取值为8～16的整数。所述电极通过传输线与电容层析成像信号采集系统连接，所采集的电容数据经信号传输线送至电容层析成像信号采集系统，再由电容层析成像信号采集系统传送到成像计算机完成图像重建。

技术领域

本申请涉及一种内置电极式电容层析成像传感器，属于传感器设计领域。

背景技术

电容层析成像(ECT)是过程层析成像技术中的一种，其基本原理是多相介质具有不同的介电常数，通过在被测对象外部排布多电极阵列式电容传感器，当测量电极所在截面介质状态发生变化时，会引起等效介电常数的变化，从而导致传感器测得的各电极对之间的电容值发生变化，利用相应的图像重构算法，即可获得所测截面处的介质分布情况。

ECT应用到高温体系，关键难点是高温ECT传感器的制作方面，这是实现高温ECT应用的最为关键的一步。高温内置电极ECT传感器的研制尤为重要，但制作更尤为复杂。

设计高温内置电极ECT传感器，有几个关键问题需要解决：

第一是材料问题，所选择的电极材料须具有良好的耐高温特性和导电性，并满足较易于加工且价格相对低廉的要求；固定传感器所依附附的支撑外管必须是耐高温的绝缘体；选用其它用途的耐高温且绝缘的材料不仅要满足高温环境整个传感器进行电极间隔离与支撑作用，同时更要满足对起整个传感器骨架与屏蔽作用的金属外管的绝缘与固定的要求。高温信号传输线缆无现成商品可提供，必须选择合适材料的线芯、高温绝缘管材、屏蔽网材料来专门自己制作。所有材料的选择都要保证整个传感器在高温环境下有良好的性能和较长的工作寿命。

第二是工艺问题，为了达到测量的目的，ECT传感器电极片需要通过相应的手段紧贴在所测容器内壁，该技术手段必须在高温下也具有良好的电性能；由于ECT通过测量极其微小的电容值进行成像，因此电极片的大小尺寸和排列必须严格精准，而且为保证电极片均匀且牢固地固定在容器内壁且电极片在固定以及以后的工作过程中不错位，电极材料的选择、电极片的制作方法与固定工艺的选择都非常重要。

第三是信号的免干扰手段，采集到的微弱电信号需要避免干扰传输到接受设备需要采用有效的屏蔽技术手段，必须选择合适的材料来专门自己制作耐高温双屏蔽信号传输线，并采用合理的技术将其与连接ECT信号采集系统的常温段信号传输线相连；同时，电极片与信号传输电缆的连接需要特殊连接方式，信号高温传输电缆与常温传输电缆信号之间的连接，接地电缆屏蔽网外屏蔽管之间的连接还需要选择合适的方法。

由于高温ECT传感器制作面临诸多挑战，目前，国内外关于ECT传感器的研究大多在室温环境。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种内置电极式电容层析成像传感器，其特征在于，所述电容层析成像传感器为桶状传感器，由内至外依次包括阵列分布电极、电极绝缘套管、法兰外管、绝缘型管和信号传输线；

所述阵列分布电极为N个大小相同并且由测量端和固定端组成的电极片，其中N的取值为8～16的整数。

所述电极通过传输线与电容层析成像信号采集系统连接，所采集的电容数据经信号传输线送至电容层析成像信号采集系统，再由数电容层析成像信号采集系统传送到成像计算机完成图像重建。

优选地，所述阵列分布电极由采用耐高温金属导体通过车削工艺、丝切割工艺制成断面为弧形的瓦状电极形成。

优选地，所述瓦状电极的外弧面设有金属螺杆，所述金属螺杆用以固定电极。

优选地，所述瓦状电极通过所述金属螺杆定位均匀固定在所述绝缘套管的内壁，电极螺杆贯穿电极绝缘套管与法兰外管，其外端套有绝缘型管，所述绝缘型管使所述电极螺杆与法兰外管绝缘。