平面式电容传感器阵列测量复合材料技术研究

基于复合材料及其内部不同损伤具有不同介电特性,采用平面式电容传感器阵列实现可视化无损检测。论述了系统的构成和测量原理,分析了影响测量效果的因素,并设计了信号转换和采集处理电路。基于简单的激励测量模式和共轭梯度算法,对比分析了仿真与实验结果。实验结果验证了基于电容敏感机理的平面式电容传感器阵列对复合材料内部缺陷检测的可行性和有效性。     

基于双平面电容传感器的复合材料缺陷检测

非金属复合材料在制造或使用过程中会产生不同形状内部损伤,采用平面电极传感器可对损伤进行无损化检测。针对现有单平面电极传感器检测信号强度弱、检测数据量少等问题,提出一种双平面电极阵传感器检测非金属复合材料的方法。将两个4×4电极传感器组成一套双平面传感器,采用单激励测量模式,利用共轭梯度算法进行图像重建。仿真与初步实验结果表明:双平面电极传感器提高了检测信号强度,使重构图像精度得到了提高。     

平面式电容传感器阵列激励模式研究

由于非金属复合材料及其内部不同损伤具有不同介电特性,采用平面式电容传感器阵列可实现无损可视化检测。针对平面式阵列电极结构,研究不同激励模式对复合材料内部缺陷检测效果影响。提出单激励、双激励和奇偶激励3种激励模式,对比分析各种激励模式下传感器信号强度、探测深度等性能差异。结果表明:奇偶激励模式在信号测量和成像质量方面都优于前2种模式。同时也验证了基于电容敏感机理的平面电容传感器阵列对复合材料内部缺陷检测的可行性和有效性。     

平面ECT成像上位机软件设计

平面电容层析成像（Electrical Capacitance Tomography,ECT）技术可以基于电容的边缘效应,通过图像重建的方式,从单一方向实现对复合材料粘接缺陷的可视化检测。平面ECT成像系统主要由平面ECT传感器、电容数据采集器和成像上位机组成。文章主要介绍12极板平面ECT成像系统中成像上位机软件的设计,利用基于C++编程语言的Qt软件平台编写成像上位机软件,通过串口通信从电容数据采集器获取图像重建所需要的投影数据,然后调用一定的图像重建算法将空间介质分布的重建图像显示在界面上,实现了与下位机之间的通信、人机交互和在线成像等功能。     

基于ANSYS的ECT阵列电极三维优化设计

本文通过电磁场有限元软件ANSYS 分析,构建电容层析成像(ECT)系统敏感阵列电极三维模型.基于敏感场分布的均匀性、敏感阵列电极的灵敏度及被测电容变化范围等优化指标,进行空间敏感场阵列电极设计.实验表明,优化设计的敏感阵列电极可获得比较均匀的敏感场分布及检测灵敏度.     

ECT传感器结构影响分析

设计一种便于分析径向屏蔽结构影响的有限元分析模型,全面分析了电容层析成像(Electrical Capaci-tance Tomography)系统中阵列传感器结构参数对系统性能的影响。在定量分析的基础上合理解释并提出定性的分析结果,为全面认识传感器结构对敏感场分布的影响以及传感器的设计提供依据。有利于深入了解敏感场分布,优化传感器以改善传感器性能。     

基于ANSYS的平面电容传感器阵列三维仿真研究

通过电磁场有限元分析软件ANSYS,构建了电容层析成像(ECT)系统平面3×4电容传感器阵列三维模型.介绍了平面电容传感器阵列结构并分析了其测量原理.对电容进行了仿真计算.仿真与实验进行了对比,证明了仿真模拟的可行性.通过仿真计算电容值,研究了材料与电极间距和材料厚度对电容值的影响.计算了电极对长度和宽度方向的检测深度.通过ANSYS模拟,为损伤检测的特征提取和逆问题图像重构提供了仿真数据.     

阵列式电极电容传感器的研究

介绍一种能同时检测多相界面位置的单板阵列式电极电容传感器.重点介绍了利用计算机对阵列式电极电容传感器进行仿真分析,从而取得优化设计的结果.文末给出实验结果,该结果与理论分析吻合.     

基于内部阵列电极的电容层析成像系统

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。     

三电极平面电容传感器对材料损伤的探测

通过ANSYS软件分析非金属材料厚度和介电常数分布不均匀对电容量的影响以及三电极平面电容传感器探头水平方向的有效探测范围.针对非金属材料表面下的异常或者损伤的检测,提出了一种结构简单、操作方便的三电极平面电容传感器检测法,并对非金属材料表面下的异常或者损伤进行探测定位.通过对损伤区的分析得出了一定传感器探头尺寸水平方向...     

基于Kalman滤波的ECT图像重建算法

由于测量环境等因素的影响,实测数据往往带有噪声。为此,应用Kalman滤波算法进行电容层析成像（ ECT）系统图像重建,在归一化电容值中加入不同程度的噪声信号,利用噪声的统计特性进行测量值滤波,最终得到图像灰度值。在三种流型下与Landweber迭代算法进行了仿真比较,并在ECT实验装置上进行了静态实验。仿真与实验结果表明：Kalman滤波去噪效果优于Landweber迭代算法。     

基于大尺度传感器的电容测量电路抗干扰方法

为了抑制基于大尺度传感器的电容层析成像(ECT)系统的电容测量电路中的较强测量干扰,在分析了测量电路中单屏蔽同轴电缆和模拟开关杂散电容测量干扰产生机理的基础上,设计了能抗杂散电容的基于等电位驱动电缆内屏蔽技术和双T型模拟开关阵列的大尺度传感器电容层析成像系统测量电路,同时,为了提高测量电路输出信噪比,在测量过程中采用双极板激励策略增强大尺度传感器内敏感场强度.经实验测量,采用该抗干扰方法的电容测量电路的输出信噪比为56.8 dB,10h内测量值标准差为0.132fT.可见,该电路抗杂散电容干扰能力较强,输出信噪比较高,稳定性较好.     

基于模糊阈值分割的ECT图像重建方法

电容层析成像(ECT)技术是近年来发展较快的过程成像技术之一,图像重建算法是其应用的关键。但由于ECT的软场特性,重建的图像往往具有边界模糊效应。提出一种基于模糊阈值的ECT图像重建方法。该方法采用Landweber法进行图像重建,引入模糊阈值法确定重建图像的最佳阈值。采用仿真实验对该方法进行了验证,结果表明:该方法重建图像精度较高,具有较大的实用价值。     

内置式电容层析成像系统传感器优化设计

电容层析成像系统重建图像的质量主要依赖于系统的观测矩阵,即灵敏度矩阵,灵敏度矩阵的特性又由传感器的结构参数所决定的。本文提出了采用反映灵敏度矩阵特性的条件数作为主要的电容传感器优化设计指标,结合表示传感器电极总体灵敏程度的电容变化量指标,兼顾最大、最小电容测量值满足测量范围的要求,进行综合优化设计。通过有限元方法,分析了内置式传感器电极结构参数对电容测量值和灵敏度矩阵的影响,并利用综合指标进行了优化,获得了一组内置式传感器的优化结构参数。     

基于响应面法的油气润滑ECT传感器优化设计

建立了油气润滑ECT传感器的基准三维物理模型;分析了管道厚度、电容极板长度、轴向屏蔽电极长度和径向屏蔽电极深度4个结构参数对传感器性能的影响并确定优化范围;通过灵敏度影响系数和电容响应比确立了传感器性能优化函数;采用响应面法对上述4个结构参数进行了优化设计;在此基础上以图像相对误差和图像相关系数为评价标准,对优化后传感器的重建图像质量进行了评判;研究结果表明,优化传感器得到的图像质量最高,图像相对误差平均降低了22.99％,图像相关系数平均提高了21.73％.     

基于气体传感器阵列的动态检测系统

描述了一个基于传感器阵列的气体检测系统,其阵列由6只气体传感器组成。系统采用较以往静态加热所不同的动态加热方式,重点介绍了该系统的硬件结构。通过分析系统的气体响应特性实验得出:该系统具有静态测试所不具备的许多优点,如,信号特征多、容易识别等。     

电容层析成像技术中图像重建算法的发展及研究

为使电容层析成像(ECT)技术应用于多相流参数在线测量,有效提高其图像重建精度与速度是该技术的关键,也是国内外学者的研究热点。对ECT技术图像重建算法原理进行了分类叙述,在此基础上,综述了ECT技术图像重建方法近期研究成果,提出了进一步研究的方向和内容。