[發明專利]一種基于電容層析成像系統的頂吹氣泡在粘性流體中可視化實時監測方法及應用

在審

• 申請號: 201810528828.2
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108956720A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 徐建新;郭雅欣;肖清泰;楊凱;王華
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于電容層析成像系統的頂吹氣泡在粘性流體中可視化實時監測方法，其特征在于具體步驟如下：

步驟1、通過電容層析成像系統裝置測量已標定的熔池熔煉頂吹傳感器電容極板間電容值；

步驟2、將步驟1測量得到的電容值進行歸一化處理；

步驟3、將經步驟2歸一化電容值進行平滑處理；

步驟4、將經步驟3平滑處理電容值采用線性反投影圖像重建算法建出氣泡在熔體內分布圖像。

2.根據權利要求1所述的基于電容層析成像系統的頂吹氣泡在粘性流體中可視化實時監測方法，其特征在于：所述步驟1中電容層析成像系統裝置安裝在熔池池壁上，電容層析成像系統裝置包括陣列式電容傳感器(1)、電容數據收集箱(2)和數據處理與顯示的計算機(3)，陣列式電容傳感器(1)電極引線與電容數據收集箱(2)輸入端相連，電容數據收集箱(2)輸出端與數據處理與顯示的計算機(3)連接；陣列式電容傳感器(1)包括陣列電極以及陣列電極兩端的電極端環形屏蔽電極(4)和接地屏蔽電極(5)；電極引線為電纜線，電纜線包括電纜芯和屏蔽絲網，電纜芯與陣列電極連接，屏蔽絲網與接地屏蔽電極(5)連接。

3.根據權利要求1所述的基于電容層析成像系統的頂吹氣泡在粘性流體中可視化實時監測方法，其特征在于：熔池熔煉頂吹傳感器電容極板間電容值標定方法具體為：將熔池中充滿空氣時測定得到熔池中充滿低介電常數時的靜態電容值Cg；以及將熔池中充滿熔體時測定得到熔池中充滿高介電常數時的靜態電容值Co。

4.根據權利要求3所述的基于電容層析成像系統的頂吹氣泡在粘性流體中可視化實時監測方法，其特征在于：所述步驟2中歸一化處理過程具體為C₁＝Cm-Cg/Co-Cg，式中，C₁為歸一化的電容值，Cm為工況中實際電容值，Cg為熔池中充滿低介電常數時的靜態電容值，Co為熔池中充滿高介電常數時的靜態電容值。

5.根據權利要求4所述的基于電容層析成像系統的頂吹氣泡在粘性流體中可視化實時監測方法，其特征在于：所述步驟3中平滑處理過程具體為采用五點三次平滑法計算公式：

Y_k＝1/35(-3C_1(k-2)+12C_1(k-1)+17C₁+12C_1(k+1)-3C_1(k+2))，式中C₁為實際測量并經歸一化的電容值數據，Y為平滑處理后的電容值數據，k是測量信號的長度；k＝3，4，…。

6.根據權利要求4所述的基于電容層析成像系統的頂吹氣泡在粘性流體中可視化實時監測方法，其特征在于：所述步驟4中線性反投影圖像重建算法為：

G＝S^TY_k，

Gⁿ⁺¹＝Gⁿ+α×S^T×(Y_kⁿ-S×Gⁿ)，

式中，Y_k是五點三次平滑處理后的電容值數據，Y_kⁿ是五點三次平滑處理后的n階電容向量，k是測量信號的長度；k＝3，4，…；S是m×n矩陣，G是m階圖像向量，其中n為測量的電容個數，m為測量區域的像素數，α為迭代步長，S矩陣反映了測量區域物質分布變化對測量電容值的影響值數據，T是線性代數中矩陣轉置符號。

7.根據權利要求1至6任意一項所述的基于電容層析成像系統的頂吹氣泡在粘性流體中可視化實時監測方法，其特征在于：所述熔體為導熱油。

8.一種根據權利要求1至6任意一項所述的基于電容層析成像系統的頂吹氣泡在粘性流體中可視化實時監測方法的應用，當熔體為熔池熔煉金屬物料熔體時，基于電容層析成像系統能應用在熔池熔煉頂吹實時監測氣泡運動狀態。