[發明專利]一種平面式的電容層析成像系統及檢測方法

在審

• 申請號: 201910843434.0
• 申請日: 2019-09-06
• 公開（公告）號: CN110514703A
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 蕭鵬;史倩竹;丁雨謝;殷麗娟
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N27/24
• 分類號: G01N27/24;G01N27/22
• 代理公司: 23206 哈爾濱龍科專利代理有限公司
• 代理人: 高媛<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發明公開了一種平面式的電容層析成像系統及檢測方法，所述電容層析成像系統包括上位機、單片機、電容測量電路、開關電路、陣列式電容傳感器，其中：單片機分別與上位機、電容測量電路和開關電路連接；開關電路分別與陣列式電容傳感器和電容測量電路連接；單片機控制開關電路對陣列式電容傳感器進行電極切換，實現不同電極間的電容連接，以便能用電容測量電路進行測量，電容測量電路的數據單向傳遞到單片機，利用單片機對數據進行采集后與上位機的數據采集通信系統通信將數據傳入電腦，然后圖像重建系統對數據進行處理與重建。該電容層析成像系統結構簡單，成本低，能夠實現大面積的快速檢測，從而能實現對缺陷的快速檢測與定位。

技術領域

本發明屬于無損檢測技術領域，涉及一種基于電容層析成像技術的無損檢測系統與方法。

背景技術

電容層析成像技術在最初是一種用于檢測管道內多相流的無損檢測技術，其通過在管道外側設置多個電極進行電容測量來對管道內部多相流的情況進行重建分析。但隨著技術的發展，其傳感器結構開始發生了變化，從最早的8電極到各式各樣的傳感器，到現在的三維層析成像傳感器以及平面式的傳感器。并且其檢測對象也從多相流轉變為了其他的非金屬物質，由于其電極的特性，使其對材料深處的缺陷及損傷有一定的檢測能力，能夠彌補其他一些無損檢測手段，例如紅外檢測、超聲檢測等的不足。

發明內容

本發明為了解決材料內部缺陷較深，不便于使用其他檢測手段的問題，提供了一種平面式的電容層析成像系統及檢測方法。該電容層析成像系統結構簡單，成本低，能夠實現大面積的快速檢測，從而能實現對缺陷的快速檢測與定位。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種平面式的電容層析成像系統，包括上位機、單片機、電容測量電路、開關電路、陣列式電容傳感器，其中：

所述單片機分別與上位機、電容測量電路和開關電路連接；

所述開關電路分別與陣列式電容傳感器和電容測量電路連接；

所述上位機包含有數據采集通信系統以及圖像重建系統；

所述單片機控制開關電路對陣列式電容傳感器進行電極切換，實現不同電極間的電容連接，以便能用電容測量電路進行測量，電容測量電路的數據單向傳遞到單片機，利用單片機對數據進行采集后與上位機的數據采集通信系統通信將數據傳入電腦，然后圖像重建系統對數據進行處理與重建。

一種利用上述平面式的電容層析成像系統進行材料內部缺陷檢測的方法，包括以下步驟：

步驟一：使用20KHz的交流信號對電容測量電路進行激勵；

步驟二：利用單片機控制開關電路對陣列式電容傳感器進行電極切換，實現不同電極間的電容連接，以便能用電容測量電路進行測量，單片機采集電容測量電路的數據，通過串口通信程序再將數據傳遞到上位機；

步驟三：利用上位機的數據采集通信系統采集到數據后利用圖像重建系統對采集到的數據進行圖像重建，得到材料內部缺陷情況。

相比于現有技術，本發明具有如下優點：

1、本發明利用印刷電路板制作的陣列電極結構簡單且抗干擾性強，檢測成像面積大，且能對材料深處缺陷進行檢測。

2、本發明采用的激勵式電容測量電路能對微小電容進行檢測，并且電路中包含有帶通濾波電路以及全波整流電路，能有效的減少外界對測量結果的干擾。

3、本發明采用的開關電路能對多個電極進行選通與測量。

4、本發明采用Arduino單片機對開關電路進行控制和對電容測量電路的測量結果進行模擬信號采集，實現電極的選擇以及電容的測量。