基于内部阵列电极的电容层析成像系统.pdf

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1、第26巷第6期传感技术学报Vo1．26NO．62013年6月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSJun．20l3AnElectricalCapacitanceTomographyBasedonInternalArrayElectrodesSUNBenyuan，WANGHuaxiang，WANGPitao(SchoolofElectricalEngineeringandAutomation，TianjinUniversity，死njin300072，China)Abstract：Inordertostudytheapp

2、licationofelectricalcapacitancetomographysystemformediaofhighdielectricpermittivity，anelectricalcapacitancetomographysensorwithinternalarrayelectrodeswasbuilt．Itimprovesthesensitivityandnon—linearcharacteristicsofthesensorandbroadensthemeasurementrangeofthesystem．Experimentalre

3、sultsconcernedwithdistilledwater-continuousmediaarepresentedandtheeffectsofconductivitytotheimagingofthesystemarestudied．Theexperimentsshowthatthesystemcanmeasurethemediaofhighdielectricpermittivityandcanbeusedtomeasurethemediawithweakconductiveability．Keywords：electricalcapaci

4、tancetomography；internalelectrodes；highdielectricpermittivity；conductivityEEACC：7230doi：10．3969／j．issn．1004-1699．2013．06．013基于内部阵列电极的电容层析成像系统术孙彝渊，王化祥，王丕涛(天津大学电气与自动化工程学院，天津300072)摘要：为了研究电容层析成像系统在测量高介电常数流体中的应用，设计了一套具有内部阵列电极的电容层析成像传感器，改善了传统传感器的灵敏度和非线性特性，拓宽了系统的测量范围。用蒸馏水作为连续相介质进行了数据

5、采集和图像重建，并进一步研究了介质电导率对系统成像的影响。实验表明，该系统可以实现高介电常数介质的测量，并且可用来测量具有微弱导电能力的物体。关键词：电容层析成像；内电极；高介电常数；电导率中图分类号：TP212．1文献标识码：A文章编号：1004-1699(2013)06-0820-05电容层析成像ECT(ElectricalCapacitance大困难u6J。因此，本文通过对ECT传感器的数值分Tomography)技术是近年来发展的过程参数检测技析和尺寸优化设计，构建了一套具有内部阵列电极的术¨J，基于不同的介质具有不同的介电常数性质，电容层析

6、成像系统，克服了外电极的非线性特性，实重建被测敏感场内物质的介电常数分布。该技术具现了对高介电常数介质的有效测量。有无辐射、非浸入、响应快、成本低廉以及可视化测1电容传感器的特性分析量等优点，其在工业过程，特别是石油、化工和冶金等领域中具有广泛的应用前景。电容传感器结构一般如图1所示，电极均匀分布为了提高ECT传感器在实际应用中的性能，针在管道的外壁，相邻电极间用径向电极隔开，电极对被测介质的电学特性进行传感器的建模和设计非常关键。一般ECT系统的阵列电极均匀分布在被测管道的外壁，避免了管内流体的污染和侵蚀。但是，径向屏蔽电极由于电场线在不同介电常数

7、介质的分界面发生畸变，特别是测量高介电常数介质时，管壁(s=3)与被测介质的介电常数相差很大，使传感器出现了明显的非线性特性，从而给系统的数据采集和图像重建带来了很图1传统的电容传感器结构图项目来源：国家自然科学重点基金项目(50937005)；国家白然科学基金青年项目(61201350)；天津市自然科学基金项目(I1JCYBJC06900)收稿日期：2013—04—03修改日期：2013—04—25第6期孙彝渊，王化祥等：基于内部阵列电极的电容层析成像系统821与外屏蔽罩问充满绝缘材料，防止外界的电磁干扰。个，由于介电常数均匀分布以及电极的对称性，

8、只需1．1传感器测量精确度分析研究电极对ClC1ClClCl_6'Cl_7'C1Cl_9图1所示电容传感器结