[发明专利]一种平面式的电容层析成像系统及检测方法

说明书

本发明公开了一种平面式的电容层析成像系统及检测方法，所述电容层析成像系统包括上位机、单片机、电容测量电路、开关电路、阵列式电容传感器，其中：单片机分别与上位机、电容测量电路和开关电路连接；开关电路分别与阵列式电容传感器和电容测量电路连接；单片机控制开关电路对阵列式电容传感器进行电极切换，实现不同电极间的电容连接，以便能用电容测量电路进行测量，电容测量电路的数据单向传递到单片机，利用单片机对数据进行采集后与上位机的数据采集通信系统通信将数据传入电脑，然后图像重建系统对数据进行处理与重建。该电容层析成像系统结构简单，成本低，能够实现大面积的快速检测，从而能实现对缺陷的快速检测与定位。

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，涉及一种基于电容层析成像技术的无损检测系统与方法。

背景技术

电容层析成像技术在最初是一种用于检测管道内多相流的无损检测技术，其通过在管道外侧设置多个电极进行电容测量来对管道内部多相流的情况进行重建分析。但随着技术的发展，其传感器结构开始发生了变化，从最早的8电极到各式各样的传感器，到现在的三维层析成像传感器以及平面式的传感器。并且其检测对象也从多相流转变为了其他的非金属物质，由于其电极的特性，使其对材料深处的缺陷及损伤有一定的检测能力，能够弥补其他一些无损检测手段，例如红外检测、超声检测等的不足。

发明内容

本发明为了解决材料内部缺陷较深，不便于使用其他检测手段的问题，提供了一种平面式的电容层析成像系统及检测方法。该电容层析成像系统结构简单，成本低，能够实现大面积的快速检测，从而能实现对缺陷的快速检测与定位。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种平面式的电容层析成像系统，包括上位机、单片机、电容测量电路、开关电路、阵列式电容传感器，其中：

所述单片机分别与上位机、电容测量电路和开关电路连接；

所述开关电路分别与阵列式电容传感器和电容测量电路连接；

所述上位机包含有数据采集通信系统以及图像重建系统；

所述单片机控制开关电路对阵列式电容传感器进行电极切换，实现不同电极间的电容连接，以便能用电容测量电路进行测量，电容测量电路的数据单向传递到单片机，利用单片机对数据进行采集后与上位机的数据采集通信系统通信将数据传入电脑，然后图像重建系统对数据进行处理与重建。

一种利用上述平面式的电容层析成像系统进行材料内部缺陷检测的方法，包括以下步骤：

步骤一：使用20KHz的交流信号对电容测量电路进行激励；

步骤二：利用单片机控制开关电路对阵列式电容传感器进行电极切换，实现不同电极间的电容连接，以便能用电容测量电路进行测量，单片机采集电容测量电路的数据，通过串口通信程序再将数据传递到上位机；

步骤三：利用上位机的数据采集通信系统采集到数据后利用图像重建系统对采集到的数据进行图像重建，得到材料内部缺陷情况。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明利用印刷电路板制作的阵列电极结构简单且抗干扰性强，检测成像面积大，且能对材料深处缺陷进行检测。

2、本发明采用的激励式电容测量电路能对微小电容进行检测，并且电路中包含有带通滤波电路以及全波整流电路，能有效的减少外界对测量结果的干扰。

3、本发明采用的开关电路能对多个电极进行选通与测量。

4、本发明采用Arduino单片机对开关电路进行控制和对电容测量电路的测量结果进行模拟信号采集，实现电极的选择以及电容的测量。