[发明专利]具有内置导体环的电阻层析成像传感器

说明书

技术领域本发明涉及一种过程成像装置，特别是一种具有内置导体环的电阻层析成像 传感器。

背景技术电学层析成像(ElectricalTomography,简称ET)技术,是近年来迅速发展起 来的一种检测技术，是国内国际竞相研发的热点技术之一，其具有结构简单、成本低廉、实 时性高、无核辐射等优点，在工业生产和医学监护等领域中得到了广泛的研究和应用。电阻 层析成像(ElectricalResistanceTomography，简称ERT)技术就是应用十分广泛的电学层析成 像技术之一，它适用于被测场域内为连续相导体的检测，在地质勘探、工业过程与环境监测 等方面有着广泛的应用。传统的ERT传感器通常将阵列电极(多为8，12，16个)环绕固定 在被测场域边界，通过在特定电极上施加电流激励信号，测量其他电极上的电压信号，获取 一系列的电压测量值，然后经计算机对数据进行处理，根据电压测量值与被测场域内介质分 布之间的关系，运用一定的算法进行图像的重建，得到被测场域内介质分布图像。然而ERT 技术采用的是电学传感器，即软场传感器，在被测场域内形成的电场是不均匀的，它的敏感 场分布对于场域内被测对象的特性分布变化十分敏感，这就使得ERT技术的敏感场易变而且 分布不均匀。主要表现在：越靠近被测场域中心，敏感度越小，并在被测场域中心部位达到 最小值。因此ERT成像的空间分辨率相对较低。另外，由于软场效应，使得图像重建时求解 逆问题存在严重的病态性，从而影响求解算法的快速性及准确性。

为了解决上述问题,研究人员提出一些解决方法：

国内外的诸多学者致力于成像算法的研究，旨在更准确的重现被测场域内的介质分布， 改善成像系统的空间分布率，虽然算法的不断改进对提高成像系统的空间分辨率起到了一定 的作用，但由于依然采用的是传统传感器，并未从根源上改变软场效应，其效果是有限的。 还有学者提出增加电极数目，使场域内的等位区细化，采用多层传感器，以及优化传感器几 何尺寸等方式，旨在获取被测场域在边界上的更多投影，这些方法得到了一定的效果，但会 带来机械加工精度方面的问题，以及理论上的局限性，当电极数目增加到一定数量后，图像 的质量很难进一步提高。也有学者提出增设被测场域内部电极的方法，例如申请号为 CN201110319799.7的“用于绝缘管道内流体过程参数检测的内外复合式阵列传感器”，以改善 灵敏场的不均匀性，进而提高被测场域内的空间分辨率，得到了很好的效果，但内部电极在 被测场域内的分布位置集中且固定，一般分布在被测场域的中心部位。这种位置上限制，不 能很好的改善被测场域内各个区域的空间分辨率，而且会对被测场域形成很大的干扰，影响 场域内物质的分布。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出了一种可以提高被测场域内电场的均匀 性的电阻层析成像传感器。本发明利用内置的具有较强导电性的导体环，使等势线更加平直， 提高灵敏场的均匀性，大大改善场域内中心区域的空间分辨率，同时减弱图像重建时求解逆 问题的病态性，进一步提高重建图像的分辨率。本发明的技术方案如下：

一种具有内置导体环的电阻层析成像传感器，被测场域为管道内部，所述的电阻层析成 像传感器包括均匀排布在管道内壁的外部电极阵列，管道为绝缘管道，外部电极阵列固定附 着在内部导体环上，并与内部导体环处在同一横截面，内部导体环的导电性强于管道内部的 介质，同时弱于外部电极。

本发明的有益效果是：与传统的基于电学敏感场的ERT传感器相比，本发明通过在绝缘 管道内壁即被测场域边缘嵌入一强导电性的导体环，使被测场域内电场更加均匀，从而从根 源上改善灵敏场分布的不均匀性，提高场域内部尤其是中心区域的灵敏度，同时改善逆问题 求解时的病态性，提高成像系统的空间分辨率。

附图说明

图1为本发明的具有内置导体环的ERT传感器俯视图；

图2为本发明的传感器纵向剖面视图；

图3为图2的A-A向剖面视图；

图4为图2的B区域的局部放大图；

图5为导体环结构示意图；

图6采用传统ERT传感器(没有导体环)被测场域内等势线仿真图；

图7本发明的传感器被测场域内等势线仿真图；

图中标号说明：

1、绝缘管道

2、外部电极

3、导体环

4、外部电极密封圈