[发明专利]一种基于静电传感器阵列的成像装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于静电传感器阵列的成像装置及方法，所述成像装置包括：静电电极阵列，用于测量被测对象的电荷信号；多通道信号调理模块，与所述静电电极阵列连接，用于对所述电荷信号进行调控；多通道数据采集模块，与所述多通道信号调理模块连接，用于将所述调控后的模拟电荷信号转换为数字电荷信号；信号分析模块，与所述多通道数据采集模块连接，用于基于所述数字电荷信号进行处理得到电荷重建图像。本发明中的上述装置及方法结构简单，成本低廉，适用于复杂的工业环境，是一种新型成像技术。

技术领域

本发明涉及传感器成像领域，特别是涉及一种基于静电传感器阵列的成像装置及方法。

背景技术

成像系统可以直观的获取被测对象的图像，广泛应用在各种工业场合。常见的成像方法有光学成像法、红外成像法、超声成像法以及电容层析成像法等。但这些测量方法的装置复杂、成本高、应用工业条件较为严苛。而静电传感器测量方法是一种低成本、结构简单、适应恶劣工业环境的非侵入式测量方法，可进行电荷测量、颗粒速度测量、湿度测量等应用。在工业及日常生活中，物体由于摩擦、接触、感应、以及极化等原因会带有一定量的静电电荷。此时，根据静电感应原理，测量装置放置在带电物体周围时静电传感器的电极上也会产生感应电荷。因此，可以通过测量被测对象的电荷分布情况，进而获取被测对象的图像。

静电传感器应用于在多相流系统中的颗粒流型成像，但是现有的静电成像技术中存在着一定的局限。目前测量气固两相流颗粒流型主要采用的是非接触式的分块电极静电传感器，环布在腔体横截面周围。这种传感器的分布结构，只能获得腔体横截面中颗粒流型情况，存在着获取有效信息量少，参数测量不够准确的缺陷。此外，该种结构的传感器采用传统的结合静电传感器灵敏度分布的图像重建算法，会使得重建图像时间长，成像实时性较差。

因此，需要设计多个静电传感器阵列，呈矩阵式平面分布。传感器阵列放置在测量区域的正对面，即可获得测量区域内较为完整的被测对象的图像，成为一种新型成像装置。此外，静电成像方法不需要透明观察窗，可适用于非透明腔体内的物体成像，结构简单、易于操作，可以与传统成像方法进行互补，同时拓展了静电传感器的应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于静电传感器阵列的成像装置及方法，缩短图像重建时间，提高成像精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于静电传感器阵列的成像装置，所述成像装置包括：

静电电极阵列，用于测量被测对象的电荷信号；

多通道信号调理模块，与所述静电电极阵列连接，用于对所述电荷信号进行调控；

多通道数据采集模块，与所述多通道信号调理模块连接，用于将所述调控后的模拟电荷信号转换为数字电荷信号；

信号分析模块，与所述多通道数据采集模块连接，用于基于所述数字电荷信号进行处理得到电荷重建图像。

可选的，所述装置还包括：显示模块，与所述信号分析模块连接，用于显示电荷重建图像。

可选的，所述静电电极阵列为矩阵式结构的方形或圆形。

可选的，所述静电电极阵列中相邻电极之间设置有聚四氟绝缘层。

可选的，所述成像装置还包括：接地屏蔽层，所述接地屏蔽层罩在所述静电电极阵列外部。

可选的，所述多通道信号调理模块采用准静态模式的电荷放大器实现电荷信号的转换，当控制器给出指令使电荷放大器的复位开关断开时，电荷放大器的反馈电容充电，电荷放大器的输出电压与电极上的感应电荷成正比；当复位开关闭合时，电荷放大器的反馈电容放电，电荷放大器的输出电压为零。