[發明專利]一種集成式電容/電磁雙模態層析成像傳感器

在審

• 申請號: 201811544678.0
• 申請日: 2018-12-17
• 公開（公告）號: CN109557144A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 崔自強;諶宇翔
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22;G01N27/74
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種集成式電容/電磁雙模態層析成像傳感器，包括排布在同一測量截面上的多個測量通道。其特征在于，每個測量通道包括由內側向外側設置的ECT電極、EMT線圈和外屏蔽層，外屏蔽層與儀器地相連。

技術領域

本發明涉及一種電學層析成像傳感器，特別是一種集成式的電容/電磁雙模態層析成像傳感器。

背景技術

電容層析成像(Electrical Capacitance Tomography,ECT)和電磁層析成像(Electromagnetic Tomography,EMT)是電學層析成像的兩種模態。兩者基本原理相似：通過布置于被測場域邊界的電極/線圈陣列獲取一系列的電容/互感測量值，并利用電容/互感測量值與被測場域內的介質分布之間的關系進行圖像重建，得到被測場域內的介質分布圖像。其中，ECT主要對介質的介電常數ε敏感(其測量值也會受到電導率σ的影響)，而EMT則主要對介質的磁導率μ和電導率σ敏感。傳感器是ECT、EMT系統測量信息的源泉。通常ECT傳感器在每個測量截面上的電極個數為8、12或16；EMT傳感器在每個測量截面上的線圈個數也多為8、12或16。

在電容/互感測量時，1個激勵電極/線圈與1個測量電極/線圈以成對工作。這種情況下，有效的電容/互感測量值為n(n-1)/2，其中n為電極/線圈個數。當電極/線圈個數為12時，有效的測量數為66個。

在石油化工行業中，重油加氫過程中使用的氣液固三相流化床應用日益廣泛，需要對其各相分布進行檢測與監控。氣液固三相流是一種十分復雜的流動過程，很難準確地進行預測、計算和測量，其流動狀態會隨流速、流體的性質、操作條件和流體管道的變化而變化，在一些工業應用中往往還伴隨著質量、動量、以及熱量的瞬時傳遞，使得流動過程更加復雜，難以用數學公式完全將其描述出來。因而單模態的電學層析成像技術難以對氣液固三相流進行有效的識別，這使得多模態電學層析成像技術的研究具有現實意義。

在多模態電學層析成像傳感器設計上，國內外研究人員提出了多種不同的設計方案。QiuC等人設計基于ECT/ERT的雙模態傳感器(Qiu C,Hoyle B S,Podd F JW.Engineering and application of a dual-modality process tomographysystem.Flow Measurement and Instrumentation,18(5),247-254.)，不同模態的電極位于不同截面，結構簡單，但是這種結構集成度不高，不同模態無法檢測同一時刻同一截面的多相流分布信息，為數據融合帶來困難。Hjertaker B T等人設計的ECT/CT雙模態傳感器(Hjertaker B T,Tjugum S A,Hammer E A,et al.Multimodality tomographyformultiphase hydrocarbon flow measurements.IEEE sensors journal,5(2),153-160.)和LiY等人設計的ECT/ERT雙模態傳感器(Li Y,Yang W.Measurement of multi-phase distribution using an integrated dual-modality sensor.IEEEInternational Workshop on Imaging Systems and Techniques,335-339.)則是采用集成式的設計，其中ECT電極和CT傳感器或者ERT電極采用共截面、間隔排列的結構設計，結構簡單，但是兩種模態之間會產生相互影響。

現有方法在實現ECT/EMT雙模態測量時，通常采用兩類結構設計：(1)不同模態傳感器位于不同截面；(2)不同模態傳感器共截面、間隔排列。前者集成度不高，數據融合困難，后者兩種模態間相互影響較大。

發明內容