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第26卷第6期
传感技术学报
Vol 26 No 6
2013年6月
CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORS
Jun.2013
An Electrical Capacitance Tomo raphy Based on Internal Array Electrodes
SUN Benyuan, WANG Huaxiang WANG Pitao
School of Electrical Engineering and Automation, Tianjin University, Tianjin 300072, hina)
Abstract: In order to study the application of electrical capacitance tornography system for media of high dielectric
permittivity, an electrical capacitance tomography sensor with internal array electrodes was uilt. It improves the
sensitivity and non-linear characteristics of the sensor and broadens the measurement range of the system
Experimental results concerned with distilled water-continuous media are presented and the effects of conductivity to
the imaging of the system are studied. The experiments show that the system can measure the media of high
dielectric permittivity and can be used to measure the media with weak conductive ability
Key words electrical capacitance tomography; internal electrodes; high dielectric permittivity; conductivity
EEACC 7230
doi:10.3969/isSn,1004-1699.2013.06.013
基于内部阵列电极的电容层析成像系统
孙犇渊,王化祥",王丕涛
(天津大学电气与自动化工程学院,天津300072
摘要:为∫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釆集和图像重
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。
关键词:电容层析成像;内电极;高介电常数;电导率
中图分类号:TP212
文献标识码:A
文章编号:1004-1699(2013)06-0820-05
电容层析成像ECT( Electrical Capacitance大困难?。因此,本文通过对ECT传感器的数值分
Tomography)技术是近年来发展的过程参数检测技析和尺寸优化设计,构建了一套具有内部阵列电极的
术,基于不同的介质具有不同的介电常数性质,电容层析成像系统,克服了外电极的非线性特性,实
重建被测敏感场内物质的介电常数分布。该技术具现了对高介电常数介质的有效测量。
有无辐射、非浸人、响应快、成本低廉以及可视化测
量等优点,其在工业过程,特别是石油、化工和治金
1电容传感器的特性分析
等领域中具有广泛的应用前景2。
电容传感器结构一般如图1所示,电极均匀分布
为了提高ECT传感器在实际应用中的性能,针在管道的外壁,相邻电极间用径向电极隔开,电极
对被测介质的电学特性进行传感器的建模和设计非
43ノ绝缘管道
常关键。一般ECT系统的阵列电极均匀分布在被测
管道的外壁,避免了管内流体的污染和侵蚀。但是,
电极
径向屏蔽电极~8
由于电场线在不同介电常数介质的分界面发生畸变,
屏蔽层
特别是测量高介电常数介质时,管壁(8=3)与被测介
10
质的介电常数相差很大,使传感器出现了明显的非线
1213填充介质
性特性,从而给系统的数据采集和图像重建带来了很
图1传统的电容传感器结构图
项目来源:国家自然科学重点基金项日(50937005);国家自然科学基金青年项目(61201350);天津市自然科学基金项目
11 JCYBJC06900)
收稿日期:2013-04-03修改日期:2013-04-2