[发明专利]一种嵌套型电容层析成像传感器和图像数据采集方法

说明书

本发明涉及一种嵌套型电容层析成像传感器和基于嵌套型电容层析成像传感器的图像数据采集方法，该传感器包括屏蔽罩、径向屏蔽电极、外管壁、紧贴布置于外管壁外侧的外层电极组、内管壁、紧贴内管壁外侧的内层电极组和电极探针；采用内层电极组和电极探针以管道中心为轴，沿轴移动至外管壁的内部，分别从被测场域边缘和内部采集电极对之间的电容值。内层电极组和外层电极组均为上下等间距多层分布，能同时测量多个高度的电容值。与传统技术相比，本发明的优点在于：可从被测场域的内部采集电容值，增加图像重建的电容值数据量，提高图像重建的质量和分辨率。

技术领域

本发明涉及过程成像技术领域，更具体地说，涉及一种嵌套型电容层析成像传感器和基于嵌套型电容层析成像传感器的图像数据采集方法。

背景技术

电容层析成像（Electrical Capacitance Tomography，ECT）系统依赖布置于被测场域边界的阵列电极获取一系列的电容测量值，并利用电容测量值与被测场域内介质分布之间的关系进行图像重建，得到被测场域内介质分布图像。电容层析成像系统可以反映被测区域物质介电常数的变化。基于这一原理，ECT系统常用来测量具有两种或多种介电常数的多相物质分布。

传感器是ECT系统信息的源头，传统ECT传感器只有一组紧贴于被测管道的固定式电极，位置不可移动，所测的空间固定。在图像重建时只利用了被测管道上紧贴的N个电极所测得的N(N-1)/2个电容值进行图像重建。这种传统ECT传感器采集的电容值数量有限，所得到的重建图像分辨率较低，无法准确反映被测介质的相分布情况。

现有的非传统型电容层析成像传感器各有侧重。现有双层ECT传感器只能从被测物质的截面沿管道边缘采集电容值，用于图像重建的电容值数量较少，导致重建图像误差较大，无法从被测物质截面的内部获取更多的电容值。因而，设计能够获取更多有效电容值数据，特别是能够从被测物质截面的内部获取更多有效电容值数据的传感器关乎ECT技术进一步的发展和推广应用，是目前亟待解决的一项技术难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种嵌套型电容层析成像传感器和基于嵌套型电容层析成像传感器的图像数据采集方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种嵌套型电容层析成像传感器，包括：屏蔽罩、径向屏蔽电极、外管壁、紧贴布置于外管壁外侧的外层电极组、内管壁、紧贴内管壁外侧的内层电极组和电极探针；屏蔽罩和外管壁之间通过多个等间距设置的径向屏蔽电极连接，外层电极组等间距的贴附于外管壁外侧，内层电极组等间距的贴附于内管壁外侧；电极探针设置于内管壁内侧中心位置。

其中，电极探针为直径可调的金属柱体，屏蔽罩、径向屏蔽电极、内层电极组、外层电极组、电极探针均由导电性良好的金属材料制成。

其中，内管壁、外管壁管体采用有机玻璃或非导电性材料制成。

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于电容层析成像传感器的图像数据采集方法，使用如前述技术方案所述的嵌套型电容层析成像传感器对传感器内部的不同介质分布情况进行更加准确的图像反演，包括步骤：

使两相或多相的物质在外管壁内部进行分布，将屏蔽罩及径向屏蔽电极固定在外管壁外侧，成为一个整体

调整内管壁、电极探针与外管壁的相对位置，使内层电极组和电极探针位于外层电极组的顶部上方，测量外层电极组每一层内部电极对之间的电容值；

移动内管壁，将内层电极组沿内管壁轴向移动至外管壁内侧，内层电极组和外层电极组共轴且沿顶端对齐，测量内层电极组每一层内部电极对之间的电容值；

采集内层电极组中每一内层电极与外层电极组中相同层次的指定外层电极之间的电容值；其中，外层电极组中相同层次的指定外层电极包括与内层电极正对的外层电极，以及与正对的外层电极相邻的左右两个外层电极；