[实用新型]基于电容传感器的过程层析成像装置

说明书

本实用新型涉及成像装置，尤其涉及基于电容传感器的过程层析成像装置。

在工业生产及科学实验中，广泛存在着多相流动现象。在多相流动体系中，存在着许多空间分布参数，如油/气两相混相输送过程中的各相介质的空间分布、流体流动中的速度场等。在参数检测手段落后的时期，人们仅仅可检测到一个时间或空间上的平均参数，并用这一个值来描述过程对象的对应参数。这使得许多工业设备的设计和运行往往假设对象参数在时间和空间上是均匀分布的。在某些情况下，借助于某些先进的仪器可以获得微观上某点的数据(如：瞬时温度、速度、组分等)，但设备投资巨大，从经济角度来讲是不合理的。过程层析成象技术就是在这种背景下产生的。该技术的出现提供了一种低成本、非侵入的参数检测手段，目前的研究已显示出该技术在解决多相流参数测量问题中的巨大潜力。电容层析成象(Electrical capacitance tomography，简记ECT)技术是利用多相介质往往具有不同的介电常数，通过电容传感测量获得介电常数分布而获得介质分布的图象。一个12电极的典型ECT系统如图1所不。

该系统主要由电容传感器、电容数据采集系统和微型计算机三大部分组成。电容传感器主要由绝缘管道、管道外壁上均匀粘贴的电极和屏蔽电极三部分组成。传感器将两相流体的分布转化为传感器的输出电容；数据采集系统则测量这些电容并转化为数字量并传送给计算机；微型计算机则依据一定的图象重建算法完成图象重建工作。

从80年代中期开始，以英国的曼彻斯特大学理工学院(University ofManchester Institute of Science and Technology，简记UMIST)M.S.Beck教授为首的一个研究小组开始了一项应用8电极阵列式电容传感器对油气两相流和气固两相流进行成象的研究计划。1988年，他们研制成功了8电极电容层析成象系统(Huang，1989；Xie，1989a)，并于1990年进一步改进成为12电极的电容层析成像系统。该系统采用了基于电荷转移原理的电容数据采集系统，并配备了Transputer阵列式处理器来对数据进行并行处理以提高系统的实时性。并且在流体实验装置上对油气两相流进行了成象实验(Xie，1992b)。同时，美国能源部摩根城研究中心设计了16电极电容层析成象系统用于研究流化床中的空隙率分布(Fasching，1991；Halow，1992)。

本实用新型的目的是提供一种基于电容传感器的过程层析成像装置。

为了达到上述目的本实用新型采取下列措施：

一种基于电容传感器的过程层析成像装置，它包括传感器的电极引线与电容数据采集系统的输入端相连，电容数据采集系统的通讯端口与微型计算机的通讯端口相连，其特征在于所说的电容数据采集系统为：模块1～模块3的输入端接至单片机的控制输出端，模块1～模块3的输出接至仪表放大器的输入端，数/模转换器的输入端接至单片机的输出控制端，仪表放大器的输出端与数/模转换器的输出端相减后连接至增益可编程放大器的输入端，增益可编程放大器的输出端与数模转换器的模拟量输入端相连接，数模转换器的输入和输出端与单片机相连，单片机的串口与通讯模块相连；所说的电容测量模块为：译码器接受单片机发送的控制信号并将它们转换成多个相应C/V转换器的控制信号，C/V转换器将传感器上检测电极之间的电容转换成电压，电子开关在译码器的控制下将所需电压信号送出；所说的C/V转换器为：被测电容两电极分别与四个电子开关相连，其中两电子开关分别与两电容、电阻和运算放大器构成的电流检测电路相连。

本实用新型的优点：1.电容测量电路的模块化

电路中12电极的激励/检测系统电路规模较大，是系统的线路板中的主要部分。本系统中将电极激励与检测系统以4路为一组，设计成系统扩展板的形式，该扩展板接收主板上的控制信号(如决定检测/激励状态、电压输出通道选择等)，并在主板的控制之下将相应的信号输出到主板上去。采用该方案主要有如下特点：

1)减小系统体积。由于电极/激励检测系统电路规模大，若将该部分与主板合为一体必然导致电路板尺寸较大，仪表体积无法压缩。

2)提高可维修性。由于扩展板部分要通过连线与仪表外部的传感器部分相连，是系统中容易损坏的部分。本系统中采用扩展板结构，若某扩展板损坏，则用后备板更换之即可(扩展板之间是完全相同的)。

3)电极数目可容易地增减。模块化结构使得电极数目减时只须调整扩展板数量即可。2.传感器与测量系统的一体化结构