[实用新型]数据采集电容/电压转换器

说明书

本实用新型涉及测量电变量，尤其涉及一种数据采集电容/电压转换器。

目前的电容层析成像系统的结构及其不足之处：电容层析成像(ElectricalCapacitance Tomography，简记ECT)技术是从80年代中期开始发展起来的一种多相流参数检测技术。其工作原理如图1所示。它通过电容传感获得管截面上介质的介电常数分布而获得介质分布的图像。它主要由电容传感器、电容数据采集系统和图像重建微机三大部分组成。传感器有均匀分布在绝缘管道外壁上的多个(一般为12)电极构成，这些电极间可形成电容，当管道内多相介质的空间分布发生变化时，这些电容也会发生变化；数据采集系统则将这些电容转化为数字量并传送给计算机；计算机则依据一定的图像重建算法完成图像重建工作。

适合应用于电容层析成像技术的电容测量方法主要有电荷转移法和交流法两种。这两种电路从本质上讲都是对电容进行连续的充放电，充放电形成的电流的大小代表了电容大小。而该充放电形成的电流是脉动的，因而必须加以滤波。而滤波器的时间常数大，则滤波效果好，但电容测量时间长。反之，电容测量时间短，但噪声大。时间常数的选择往往处于矛盾中。数据采集速度最快为100幅/秒。

本实用新型的目的是提供一种高速度、低噪声的数据采集电容/电压转换器。

为了达到上述目的，本实用新型采取下列措施：

数据采集电容/电压转换器的电路为：被测电容C_x一端接激励信号源V_i一端接运放U₁的反相输入端。电容C_f与电子开关S₁并联后一端接运放U₁的反相输入端一端接该运放的输出。运放U₁的同相端接地。电容C₁和C₂的一端接地，另一端分别于电子开关S₂、S₃的一端相连后分别连至缓冲器U₂、U₃的输入端。电子开关S₂、S₃的另一端与运放U₁的输出相连。缓冲器U₂、U₃的输出分别连至仪表放大器U₄的正和负输入端，仪表放大器的输出为测量电路的输出。本实用新型的优点是：

1)高速度。该电路中得到最后的输出电压所须时间主要是对被测电容的充放电过程中运放的稳定时间，总共约10μS。速度远高于电荷转移法和交流法的电容测量电路；

2)低噪声。电路中测量结束后电压送出时，该电压上并无原理性的噪声，此时输出不需要滤波器。而基于电荷转移原理和交流法的电容测量电路中都存在原理性的噪声，需要滤波器来滤波后才能进行后续的电压测量工作。

下面结合附图对本实用新型作详细说明。

图1是电容层析成像系统示意图；

图2是电容数据采集传感器结构示意图；

图3是数据采集电容/电压转换器的方框电原理图；

图4是数据采集电容/电压转换器的电原理图；

图5是电容测量电路的时序示意图。

图2中电容数据采集传感器包括绝缘管道2，在绝缘管道外壁上均匀分布多个敏感电极3，敏感电极外设有屏蔽罩4，在屏蔽罩内壁与多个敏感电极间隔之间设有径向电极1，其特征在于在径向电极上固定有长条数据采集电容/电压转换器电路板5，并通过排线连接。

图3中由传感器外部的测量板传来的控制信号和由拨号开关设置的模块地址连接到译码器，译码器的输出连接到控制激励信号源和电容/电压转换器，传感电极连接到控制激励信号源和电容电压转换器。电容/电压转换器的输出经译码器控制的电子开关送出。