非闭合电极电容层析成像传感器的敏感场计算及仿真成像研究

本文提出了一种新型的非闭合电极电容传感器，以满足利用电容层析成像技术来测试冻土中水分迁移、物质组成及其动态变化特性的要求，对该电容传感器的敏感场进行了计算，并对其进行了成像仿真研究。结果表明，该种电容传感器可以实现测试区域内不同形状物体的测量及图像重建，其中Landweber成像算法对该传感器成像质量最好，从而为利用电容层析成像技术来进行冻土测试提供了实验基础。     

非闭合电极电容层析成像传感器在冻土测试中的应用

为了实现电容层析成像技术对冻土冻结冰峰面的在线、非侵入测试,研制出了满足冻土测试要求的非闭合电极电容层析成像传感器,并对该种传感器的电容分布特性进行了实测;确定出了适合冻土测试的的高、低介电常数的标定物质;搭建了冻土一维冻结实验系统.对含水量8%的湿土样冻结过程的冰峰面迁移进行了电容层析成像测试,并利用IMNSNOF图像重建算法重建出了冻结过程各时刻的冻结截面物质分布图像,由图像可确定出冻土中已冻土、未冻区以及冰峰面的位置.电容层析成像测试结果与温度测试结果相吻合.     

电容层析成像系统中径向电极的研究

由于电容层析成像系统中电容测量非常困难,常采用在相邻电极间嵌入径向电极的方法来改善电容敏感场的分布.文中对8电极电容层析成像系统进行了具体的仿真实验和理论分析,并对径向电极及其嵌入尺寸对电容传感器的电容值及敏感场分布的影响进行了研究,根据各项参数对电容传感器性能的影响以及传感器结构参数的优化目标函数,确定了径向电极的最优嵌入尺寸.实验结果表明:采用径向电极最优嵌入尺寸的电容层析成像系统,能够缩小测量电容值的动态变化范围,降低数据采集电路的设计难度,同时还能够提高电容响应的灵敏度,改善电容传感器敏感场的分布,提高电容层析成像系统的性能.     

双层电容层析成像传感器及应用

电容层析成像在气力输送过程中具有十分重要的应用地位，可进行固相浓度分布测量，流型判断。利用双层电容层析成像传感器不仅可以进行浓度测量还可以进行相关测速。基于这种思想，设计了一种双层电容传感器，与电容测量系统结合，用于气力输送过程固相浓度和速度的测量。     

电容层析成像用新型电容／电压转换电路的研制

电容／电压转换电路是电容层析成像系统硬件核心部件。现有交流型转换电路均工作在单模式方式,即反馈平衡方式或者非反馈方式,且激励信号幅值固定,使得电路功能较为单一,不能灵活应用于各种传感器结构,各种成像速率要求的场合。本文提出并实现了电容层析成像和激励信号幅值可控双模式交流型电容／电压转换电路,该电路不仅克服了现有转换电路在应用中的不足,而且实验表明电路的线性度、分辨率、稳定性等性能指标均达到成像系统的要求。     

厚管壁电容层析成像传感器特性研究

电容层析成像技术利用多电极电容传感器实现对多相流电介质分布进行可视化.通过对管道内径为10 mm,管壁厚度为5 mm的8电极电容传感器的数值模拟,研究了管道介电常数、管内介质介电常数以及径向电极对传感器电容绝对值、空满管电容变化值和传感器线性度的影响,分析了厚管壁下电容传感器的灵敏场特性,并给出了在高径极比条件下传感器设计的参数优化方案,为电容层析成像检测电路的设计提供相应的依据.     

电容层析成像技术在气固两相流检测中的应用

电容层析成像是一种对绝缘介质内部状态实现可视化的技术.文中介绍了一种应用于气固高压密相输送的小口径电容层析成像系统.电容传感器采用8电极结构,内径为10 mm,管道内压力达2 MPa.基于交流法的电容检测电路可以实现高分辨率测量,交流和直流两级增益可调可以实现宽范围电容检测.系统的成像速度达100帧/s.     

电容层析成像技术及应用

本文叙述了电容层析成像技术的基本原理，介绍了该技术在传感器，检测电路，图像重建算法及应用等方面的发展状况，并指出了今后可能的发展趋势。     

电容层析成像系统传感器设计新方法

在电容层析成像系统中,为了提高重建图像的精度,常用的方法是提高成像传感器的极板数目,以获得较多的图像重建所需的独立电容测量值数目,但这种方法是以牺牲检测场的灵敏度为代价的。该文提出了一种在有限极板数条件下通过改变极板的组合方式成倍提高成像系统的独立电容测量值数目的方法。仿真结果表明该方法在不降低检测场灵敏度的前提下提高了电容测量值数目,从而提高了图像重建质量。     

电容层析成像技术的研究进展与分析

电容层析成像(electrical capacitance tomography,ECT)技术是以医学CT技术为基础,伴随着计算机技术和传感器技术发展起来的一种过程层析成像技术。对ECT系统的各个组成单元和工程应用的研究成果进行分类,并逐类进行总结论述。比较了不同结构的电容传感器,并对传感器参数的优化方法进行总结。讨论了测量电容值的各种方法及其优劣性。在归纳主要图像重建算法及其改进方法的同时,还分析了典型算法的原理和流程。总结了ECT系统的各种主要工程应用和成功案例。在此基础上,指出了有待发展的若干研究课题及关键技术,并对某些发展方向予以展望。     

杂散电容对交流法微电容测量电路噪声特性影响的分析

对电容成像交流法微电容测量电路由杂散电容导致的测量噪声进行了研究.利用运算放大器的噪声模型,对运算放大器输入电压噪声、输人电流噪声以及周边电阻元件的热噪声通过杂散电容作用于交流法微电容测量电路输出的影响进行了理论分析,给出了测量电路输出中噪声峰峰值的理论计算公式并进行了实验验证.理论分析及实验结果表明:交流法微电容测量电路前级运算放大器输入电压噪声通过测量端与地之间的杂散电容形成的噪声是该微电容测量电路输出噪声的主要来源.最后给出了电容成像系统前级运算放大器选型的指导原则.     

杂散电容对电容层析成像和电容／电压转换电路灵敏度的影响探讨

本文对电容层析成像和电容／电压转换电路在非理想条件下的抗杂散电容干扰问题做了研究。理论分析及实验:在非理想条件下,杂散电容对转换电路的灵敏度存在一定的影响,且灵敏度存在最优解。这为实际应用中如何优化转换电路的灵敏度提供了理论依据。     

一种电容层析成像系统结构的优化方法

介绍了电容层析成像的基本原理,针对现有电容层析成像系统存在的问题,提出了一种总线型、模块化的微弱电容测量电路新结构,对电容层析成像系统的结构进行了优化,以使该技术更适应工业现场应用。     

新型栅状电容式液位传感器原理及应用

针对传统电容式液位传感器在不改变体积的条件下只能通过减小电极间距来提高灵敏度的不足,设计了新型栅状电容式液位传感器.它采用栅状电极代替圆柱状电极,扩大了电极间空间,使被测介质的流动更为顺利并且提高了传感器的灵敏度,降低了工艺要求.给出了该传感器的实验数据,得到了比较满意的结果.     

一种绝缘体表液体自动测试系统

提出一种绝缘体表液体自动测试系统的设计方案,在保证系统测试性能的同时能够大幅降低设计成本。通过对系统数据采集数据转换,以及系统控制部分的工作与设计原理的分析,设计三种相邻电容传感器,讨论分析传感器设计关键参数,并给出了最终设计参数;简单解释了测量数据转换部分和控制部分的系统设计思想。实验部分采用有限元仿真技术模拟了电容传感器的性能;通过阻抗分析仪对测得的数据进行分析、比对、讨论了测量噪声对系统检测的影响,并提出解决方法;实验结果表明,电容探测传感技术应用于绝缘体表液体自动测试系统中的可行性与重要性,设计的系统硬件部分能够实现自动探测分级报警功能。     

油气润滑ECT传感器的建模与边缘电容分析

基于小管径油气润滑ECT系统中电容传感器的特点,建立其电容传感器的二维数学模型;分析相对介电常数对边缘电容的影响;定义边缘电容影响系数,并研究边缘电容影响系数与管道半径的关系。研究结果表明:管壁、油膜与气体的厚度比对边缘电容值有显著的影响,通过减小油膜厚度及管壁厚可以有效减小边缘电容;小管径的边缘电容影响系数超过0.5,随着管径增大,边缘电容影响系数呈下降趋势;对于油气润滑系统来说,传感器的边缘电容对ECT空间图形成像误差有较大影响。     

螺旋极板电容式传感器的特性研究和参数优化

针对传统电容式传感嚣的不足,构建了一种改进型螺旋表面极板电容式传感器.采用二维有限元和MATLAB 相结合的方法,分析了电极参数对传感嚣输出电容和灵敏度的影响,并进行了优化设计.优化后的传感器灵敏场均匀性误差小于4％,显著地改善了传感嚣的软场效应,有效地减少了流型和相分布对测量结果的影响.