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电容成像技术的必威体育精装版进展 王化禅 杨五强 (天津大学自动化系天津300072) (曼钼斯理工大学电气与电子工程系 88信籍) 英国曼衡斯特晰0IQD I■：奉文详细介绍了电容戚像系统一阵判式■摩电橇、c，v转换电路厦图像再柑算 击的量新进晨。 美■■：阵列式t摩电极C／v转换电路圈像再构算法 1 引 言 电容成像技术(E／ectr／caz 开发的，主要用于工业管道多相流的测量。它类似于医学颁域应用的CT技术，通过检测阵列电 极的电容变化，反映管道中多相介质介电常数分布，从而构造出瞥道中各相介质的分布图像，如油 气■送管道中油，气，承备相介质浓度分布。1991年，世界上第一台实时ECT系统在英国UMIST 建成。该系统采用8电极电容敏感阵列，经敷据采集系统及计算机图像再构技术，可产生25幅／秒 图像。经过多年潜心研究及发展，ECT系统已取得了令人瞩目的进展。 电容成像系统主要包括三个单元：阵列式电容t感电极系统．信号处理单元及计算机图像再 构单元。 2阵列式电容敏感系统 典塑的8电极成像系统如图1所示。 田1 8电极t感戚像系统 一般地，对于N电极系统，具有N(N一1)／2独立测量电极时。可产生N(N一1)12独立测量值。 例如，8电极系统，其独立电极对1—2，1—3…，1—8；2—3，2—4，…，2—8；¨·．7—8；产生28个独立 测量值。由于8电撮系统所产生的独立测量值少，其成像系统的空间分辨率相对较低，图像质量 较差。为此．量近设计出具有12电援和16电极的散感系统，其相对独立测量值增加为酾及120。 但是t瘤电撮敷不可无限增加，它不仅受到检测线路的分辨率限制。而且随着电极数增加，电极的 有效面积相对减少，电极间边缘效应相应增加，进一步导致场的不均匀性。应该指出，电极轴向长 一322一 一————飘确暖霭琢r露一—__一 度不宜过长，否则其空间滤波效应将影响测量精度。进一步分析表明，敏感系统通常可分为四个 基车模型，如田2所示。 Es：接地屏t陷：径向屏蕞I^：戚像区域球：艳孽套管K(E：控嗣电极 -)有径向屏蔽的外郝电撮 b)无径向屏t的内部电枉 c)无径向屏蔽的外部电撮 d)有径向屏t的内部电极 田2 t囊置蠢的四种基本结构 分析研究表明．对于模型(s)，(b)，(c)，其测量电容值除了敏感电极电容外，还包台管璧电窖 及其它外部电容。面模型(d)的测量电容仅与被测介质的电常数相关。基于上述分析并经有限元 对敏毫电极结掏、尺寸进行仿真．设计出具有模型(d)结构的新型电容敏感系统，经实验证明，该系 统有关性毖指标均得到明显教善。 3信号处理单元 电容戚像系统另一个关健问艇是徽小电容检舅技术。一个典塑12电极系统，两电极问的圃 Ⅳ 钒翻 丑∞ 抽腓电●田如坍关蕾蓐■ 田3具有抗杂散电容影响的克放电线路 一3∞一 定电容典型值为6．07iF．O．4SgpF。当臂道中充满介质，(以塑料囊料充满管道)，各对电板闻的电 容变化量为5．47—76．9fF。显然。这样檄小电容用常规检测方法难以实现。此外．尚存在杂献电 容： (1)连接敏感电极的屏蔽电缆。一般100PF／m； (2)用于选适阵列电极的CMOS多路选择开关，其输人电容一般为8PF； (3)救癌电板与外屏蕞层问存在电容。 UglST首先设计出具有抗杂散