电容层析成像技术测量电路的设计文献综述

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1、文献综述电容层析成像技术测量电路的设计1前言部分过程成像(PT:PROCESSTOMOGRAPHY)技术是近年来才发展起来的一种两相或多相流测量技术,其优点是利用被测物体外部的检测信息,获得被测物体内部变化∕高速流状态。过程成像经常使用特殊方法设计的探测器,通过非侵入式的方法取得被测两相流或多相流介质的场(如电磁场)信息,可以根据场的信息和被测物体的作用原理,应用数学的方法重建两相流或多相流在管道内或反应装置的内部的横截面上的动态分布的情况。在我们日常生活中，过程成像可用于研究化工、石油等各种固体、气体的物料输送

2、管道中的气或固两相流和气或固或液多相流得流态化、反应、扩散以及混合等动态过程,以监控反应器中气泡的分布和大小以及反应器中气泡的破碎和合并等过程；通过工业过程中的建立的模型,研究反应器中反应速率、质量传递以及热量传递的关系,提高反应器的选择性、转化率以及安全性等[1]。2主题部分2.1概念在化工、石油、电力、冶金、建材等中，存在着大量多相物质混合流动情况，如电力、冶金工业中的各种气、物料输送管道中的气/固两相流；石油工业中的油/气/水三相流；化学工业中的非均相反应器中气/固混合物的反应过程等。研究其流动特性及其变化

3、规律，并对其相关参数进行的测量，对于有关的科研和设计工作以及他的生产过程的安全高效运行均具有十分重要的意义。两相流的流动特征复杂，其参数检测一直是他的一个难点。目前已有多种技术应用于两相流检测，过程成像的技术是其中之一【2】。在我们日常生活中，过程成像技术采用特殊设计的敏感器的空间阵列，非接触式或非侵入式的方法获取被测对象的场信息，运用他的图像重建算法重现两相∕多相流体在管道内部或反应装置的内部的某一横截面上的分布情况，从而的得到两相流中的离散浓度分布以及其随时间的变化情况，实现被测流体流动情况在某一截面上可视化

4、。事实上，过程成像技术在过去10年内得到了飞速发展，已见报道的技术包括光学式、核辐射式的（X-射线式、正电子式等）、超声式的、电学式的（电容式、电阻式、电感式）等。以上各种过程成像技术各有特色，适用于不同场合。过程成像的技术将检测技术从传统的局部空间点测量的方法发展成为对过程参数在二维/三维空间分布状况的在线实时测量,从而提高了工业过程信息的获取和分析能力,为在线检测和优化设计提供一种全新的手段。在我们日常生活中，对于不同的过程成像系统,并且由于采用不同的探测器构成空间探测阵列,形成的敏感场空间分布也各有其特色。

5、我们利用电学敏感场响应快的特点,能够实现以两相流/多相流快速得变化为检测物体的工业过程的实时成像、检测与在线控制等【3】。按照探测器的种类分类,过程成像技术可以分为电磁辐射式的、声学式的和电学式的。在电学式成像中,以电容、电阻、电感作为探测器的过程成像技术,分别称之为电容过程的成像技术(ECT)、电阻过程的成像技术(ERT)、电磁过程的成像技术(EMT)。在在我们日常生活中有的各种实用工业过程成像技术中，电容的成像技术（ElectricalCapacitanceTomography,简称ECT）以它廉价、高速和非

6、辐射等特点，在近十几年来获得很大发展。其实，早在二十世纪八十年代中期，以英国曼彻斯特理工大学BeckMS教授为首的研究小组就已经提出了“流动成像”（FlowImaging）得概念，并研制成功了8电极的电容成像系统。在国外，美国能源部Morgantown研究中心几乎与Beck的研究小组同时发明出了一种在线监测流化床中空隙率分布的16电极电容的成像系统（CapacitanceImagingSystem,简称CIT），该系统可用于对流化床内物料密度三维分布地监测。电容成像的技术应用于工业上的多种需要进行多相流监测的场合

7、，比如，气∕固、气∕液、火焰等监测【4】。其实，电容层析成像(ElectricalCapacitanceTomo2graphy,ECT)的技术的基本原理是:位于管道内部的两相流,其各相介质具有不同的介电常数,两相流在流动时,各相其含量和其分布不断变化,引起两相流体复合介电常数的变化,电容传感器将获得的测量数据反映出整个管道截面上介电常数的分布情况,这些数据被反应到计算机，并且通过某种图像重建算法,可以得到被测对象在该管道截面上的分布的图像【5】。图像1是电容成像系统的一个示意图，他是一个典型的电容成像系统它包括电

8、容传感器阵列、测量及数据采集电路、成像计算机三大部分。他的基本原理是在流体流动的管道沿管道外部均匀地粘贴一些电容极板，使任意两个极板均可组成一个两端子得电容。管道内两相流动介质的不同相分布会引起电容极板间介电常数变化，从而实现改变电容值的大小【6】。事实上，各对极板间的电容值包含了与分布有关的信息，并且，通过测量不同极板组合间的电容值并将送入计算机按一定的算法进行图像重建