电容层析成像中电容检测方法的分析比较.pdf

第 26卷第 8期增刊 仪 器 仪 表 学 报 2005年 8月 电容层析成像中电容检测方法的分析比较 李国娜 王保良 黄志尧 李海青 (浙江大学控制科学与工程学系 杭分 310027) 摘要 介绍了电容层析成像中常用的电容检测方法:电荷转移法、交流法以及差分采样法 分mli从电路结构和工作原理等力 面分析比较了每种测量方法的优缺点及适用的场合 关健词 电容 层析成像 测 量 TheComparison oftheCapacitanceMeasurementMethodsinElectrical CapacitanceTomography LiGuona WangBaoliang HuangZhiyao LiHaiging (DepartmentofControlScience.Engineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China) Abstract Thecapacitancemeasurementmethodsinelectricalcapacitancetomographyarereviewed:charge/ dischargemethod,AC-basedmeasurementmethodanddifferentialsamplingmethod Based on thecircuit construc tion andoperationprinciple,theadvantagesanddisadvantagesofeachmethodaswellasits applicationareanalyzed. Keywords Capacitance Tomography Measurement 引 言 电容层析成像技术(Electricalcapacitance tomography,ECT)是多相流参数检测中的一种新技 术 ，其 中电容的测量是该技术的关键部分。ECT中的 电容测量属于弱电容测量，且要求分辨率高、数据采集 速率快，这使得许 多常用的电容测量方法不能适用于 图 ! 电荷转移法电路原理图 该技术 到目前为止，该技术中先后出现了三种电容检 测方法，即:电荷转移法、交流法和差分采样法。文中分 Ss厅一--L 别介绍这三种 电容测量方法的结构和原理 ，并通过 比 较分析得出每种方法的适用领域。 SS~厅 丁 2 电荷转移法 图2 电荷转侈法}_「关工作时序图 图1中C、为被测电容刃。和C、为两电极分别与 最早出现的ECT系统是基于电荷转移原理山来 地间形成的杂散电容;由于对C连续充放电，因此需 完成电容信号的实时检测的，它是利用开关高速的切 要由R与C组成阻容滤波器来实现滤波功能。首先 换来对被测电容充放电，形成与被测电容成正比的电 SS。闭合，SS断开，此时V,通过SS,对C二充电， 压信号，从而测量出被测量的电容值。其电路原理图和 流经S、的电荷量为:Q,=V,C.;待C充电完毕，SS 开关工作时序图分别如图1和图2所示。 第 8期增刊 电容层析成像中电容检测方法的分析比较 断开;经延时T,后，SS:闭合，此时C、上充的电荷通 间增加，从而降低系统数据采集速率。 过SS:放掉，流经S的电荷量为:Q,=-V,C;当电 针对以上存在的问题，提