[發明專利]一種三維電容層析成像信號檢測系統

在審

• 申請號: 202011097740.3
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112326744A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 劉婧;劉國強
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

1.一種三維電容層析成像信號檢測系統，其特征在于，所述的檢測系統包括傳感器子系統(1)、數據采集及信號處理子系統(2)和成像子系統(3)；傳感器子系統(1)的主電極片陣列(7)通過數據線連接數據采集及信號處理子系統(2)，數據采集及信號處理子系統(2)連接成像子系統(3)；檢測過程中，傳感器絕緣管空腔的測量空間(5)內被測工質的分布位置、形狀或溫度、濕度、濃度發生改變，引起工質的介電常數發生變化，導致傳感器子系統(1)中激勵電極對(9)與檢測電極(10)之間的測量電容值改變；通過與傳感器子系統(1)連接的數據采集及信號處理子系統(2)，將檢測電極(10)與激勵電極對(9)之間電容值轉換為檢測電極(10)上的電壓信號，并經數據采集及信號處理子系統(2)對測量信號進行放大、濾波，傳輸至成像子系統(10)，通過成像子系統(10)內置的ECT成像算法模塊重建傳感器子系統(1)中三維測量空間(5)內被測工質的介電常數分布。

2.如權利要求1所述的三維電容層析成像信號檢測系統，其特征在于，所述的傳感器子系統(1)包括絕緣管(4)、屏蔽罩(6)、主電極片陣列(7)和屏蔽電極(8)；主電極片陣列(7)分為激勵電極對陣列(9)和檢測電極片陣列(10)；所述的絕緣管(4)為空心結構管道，絕緣管(4)外周布置有金屬片圍成的屏蔽罩(6)；絕緣管(4)內的空腔為傳感器的測量空間(5)，系統工作時，被測工質通入絕緣管(4)空腔內；所述主電極片陣列(7)分為三層，位于屏蔽罩(6)內，固定在絕緣管(4)外壁，由無連接關系的多組主電極片(7)組成，其中位于同一圓周徑向位置的三個電極片成為一組主電極片(7)，每組主電極片(7)由一個獨立的檢測電極片和兩個相互連通的激勵電極片組成；檢測電極片(10)位于一組主電極片(7)的中間，兩個激勵電極片分別位于檢測電極片的上下兩端，通過導線或金屬片連接成一組激勵電極對(9)；多組主電極片(7)均勻固定在絕緣管外壁，位于同一平面；所述主電極片陣列(7)的上下兩端布置有呈環形結構的屏蔽電極(8)，主電極片(7)與屏蔽電極(8)采用導電的金屬材料制成；傳感器工作時，主電極片陣列(7)通過數據線連接數據采集及信號處理子系統(2)的輸入/輸出端口，其中激勵電極對陣列(9)通過數據采集及信號處理子系統(2)的輸入/輸出端口與電壓激勵信號源模塊連接，電壓激勵信號源模塊輸出的電壓信號施加在激勵電極對(9)上，檢測電極片陣列(10)通過數據采集及信號處理子系統(2)的輸入/輸出端口與信號檢測處理模塊連接，檢測電極片(10)的電壓信號輸入至信號檢測處理模塊的輸入端；屏蔽電極(8)通過導線與絕緣管(4)外周布置的屏蔽罩(6)連接，并進行接地處理，使屏蔽電極(8)和屏蔽罩(6)均處于零電勢，用于屏蔽外界環境中的電磁噪聲信號對于主電極陣列測量信號的干擾。

3.如權利要求1所述的三維電容層析成像信號檢測系統，其特征在于，所述的數據采集及信號處理子系統(2)包括電壓激勵信號源模塊、信號檢測處理模塊和控制模塊；電壓激勵信號源模塊由信號發生器和多路選擇開關組成，信號發生器用于產生穩定的正弦信號激勵，如頻率為500kHz，幅值為15V的正弦激勵信號；信號發生器的輸入端連接控制模塊，信號發生器的輸出端與多路選擇開關的輸入端相連，并根據控制模塊輸入的選擇控制信號，將信號發生器產生的電壓激勵信號施加到對應的激勵電極陣列的電極片上；信號檢測處理模塊由電容-電壓轉換電路和信號調理模塊組成；電容-電壓轉換電路接收控制模塊輸出的控制信號，在該控制信號下，電容-電壓轉換電路采集檢測電極上流通界面邊沿上的電壓；電容-電壓轉換電路的輸入端連接數據采集及信號處理子系統的輸入/輸出端口(I/O端口)，激勵電極對與檢測電極片之間的待測電容信號經電容-電壓轉換電路后，可等效為檢測電極片上采集的電壓信號；電容-電壓轉換電路的輸出端連接信號調理模塊的輸入端，信號調理模塊將接收的測量電壓信號進行放大、濾波等調理后，提取檢測電壓信號的直流分量通過USB線連接成像子系統的輸入端；控制模塊主要為微控制器，控制模塊的輸入端連接成像子系統，用于接收成像子系統的控制命令，控制模塊的輸出端分別與電壓激勵信號源模塊的輸入端、信號檢測處理模塊的輸入端連接。