基于電容層析成像的三維多向檢測(cè)火焰?zhèn)鞲衅骷皺z測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電學(xué)成像技術(shù)，特別涉及一種基于電容層析成像(ECT)的三維多向檢測(cè)火焰?zhèn)鞲衅骷皺z測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電容層析成像技術(shù)(ElectricalCapacitance Tomography ECT)是一種將醫(yī)學(xué)CT與現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)結(jié)合、可用于多相流檢測(cè)領(lǐng)域中的新型可視化監(jiān)測(cè)技術(shù)。主要通過設(shè)置在管道外圍的電容傳感器陣列，獲得測(cè)量區(qū)域內(nèi)的不同傳感器電極板之間的極間電容值，再經(jīng)過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和相應(yīng)的信號(hào)處理及圖像重建算法，重建出測(cè)量區(qū)域內(nèi)部的二維/三維信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)過程設(shè)備的非侵入式檢測(cè)。
[0003]傳統(tǒng)的聲學(xué)和熱量特性火焰檢測(cè)方法，由于其檢測(cè)器易受鍋爐其他熱源和聲源的干擾而難以準(zhǔn)確使用，不能滿足大型發(fā)電設(shè)備對(duì)安全運(yùn)行的要求。目前比較可行的研究方向主要有光學(xué)法和電學(xué)法，本發(fā)明是基于電學(xué)層析成像技術(shù)(ECT)?；鹧嬖趥鞲衅髦行膱A孔內(nèi)燃燒，由于火焰電離效應(yīng)，導(dǎo)致傳感器內(nèi)部介質(zhì)的電離子發(fā)生改變，引起八個(gè)電極片測(cè)量電容值的改變，因而電容值的變化反映了內(nèi)部介質(zhì)的變化，同時(shí)也反映出了這一時(shí)刻介質(zhì)的分布情況。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將電容值信號(hào)反映到計(jì)算機(jī)中，利用一定的算法進(jìn)行圖像重建，可以獲得內(nèi)部火焰圖像，實(shí)現(xiàn)可視化火焰檢測(cè)。
[0004]傳統(tǒng)的ECT三維重建方式是通過獲得同一高度層中所有極板對(duì)間的測(cè)量電容值，根據(jù)得到的該層上二維圖像陣列，然后在軸向上通過插值法進(jìn)行估值延伸，獲得三維重建圖像。這種三維重建方法顯然具有不可避免的誤差，因此被許多學(xué)者稱為偽三維重建。本發(fā)明設(shè)計(jì)了可實(shí)現(xiàn)三維可視化火焰檢測(cè)的開放式多向檢測(cè)傳感器。由于基于該傳感器可獲得基于不同高度層的三維測(cè)量電容值矩陣，并直接計(jì)算出三維敏感場(chǎng)，因而可以進(jìn)行真正意義上的三維圖像重建。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于電容層析成像的三維多向檢測(cè)火焰?zhèn)鞲衅骷皺z測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述三維多向檢測(cè)傳感器是基于電容層析成像系統(tǒng)的火焰檢測(cè)傳感器。該檢測(cè)傳感器由絕緣底座和基體兩部分構(gòu)成，各包括八個(gè)電極，組成開放式三維多向檢測(cè)火焰?zhèn)鞲衅?所述絕緣底座的上平面等分的電鍍了八個(gè)底座電極，底座電極極板間的間隔角度α為5°;所述基體為一段耐高溫的剛玉圓筒，在剛玉圓筒的筒壁外圓周上等分的固定八個(gè)環(huán)形電極，環(huán)形電極底端距離絕緣底座上底座電極上平面的高度為60mm;屏蔽罩套在剛玉圓筒外面并接地;測(cè)量電極由底座電極片和環(huán)形電極共同構(gòu)成，兩兩電極之間的縫隙中電鍍了耐高溫的絕緣屏蔽材料，用于隔開測(cè)量電極，減少測(cè)量時(shí)極間電容的誤差；
[0006]所述剛玉圓筒的軸向高度為200mm,內(nèi)半徑80mm,外半徑為88mm,管壁厚度為8mm。
[0007]所述底座電極材料為耐高溫的不銹鋼，內(nèi)圓弧半徑為40mm,外圓弧半徑為80mm。
[0008]所述環(huán)形電極材料為耐高溫的不銹鋼，厚度為5_，軸向高度為80_。
[0009]所述屏蔽罩為直徑大于剛玉圓筒的不銹鋼圓筒。
[0010]所述基于電容層析成像的三維多向檢測(cè)火焰?zhèn)鞲衅鞯臋z測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，三維多向檢測(cè)火焰?zhèn)鞲衅鞯牡鬃姌O和環(huán)形電極片彼此絕緣互不導(dǎo)通，底座電極和環(huán)形電極片組成測(cè)量電極，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別連接成像系統(tǒng)和測(cè)量電極;底座電極和環(huán)形電極片之間的屏蔽材料與屏蔽罩連接并接地;等離子體火焰燃燒器置于三維多向檢測(cè)火焰?zhèn)鞲衅鲀?nèi)，并通過通氣管連接兩個(gè)流量計(jì)之間的通氣管上;其中，一個(gè)流量計(jì)通過一個(gè)截止閥與甲烷氣罐連接;另一個(gè)流量計(jì)通過另一個(gè)截止閥與減壓器和穩(wěn)壓罐連接;穩(wěn)壓罐裝有壓力表。
[0011]本發(fā)明的有益效果是該傳感器在設(shè)計(jì)上放棄了傳統(tǒng)傳感器在測(cè)量區(qū)域內(nèi)完全對(duì)稱的平面型二維結(jié)構(gòu)，將電極片制作為底座電極片和環(huán)形電極片相結(jié)合的分層結(jié)構(gòu);本發(fā)明在底座三維全開放式傳感器的基礎(chǔ)上，增加了基部上筒壁外部的八個(gè)環(huán)形電極片后，實(shí)現(xiàn)了對(duì)測(cè)量區(qū)域的橫向檢測(cè)與縱向檢測(cè)的信息融合，加強(qiáng)了較高區(qū)域內(nèi)敏感場(chǎng)的強(qiáng)度，較好地克服了三維敏感場(chǎng)在空間上的“軟場(chǎng)”特性，有效地提高了成像精度。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，其優(yōu)勢(shì)在于，不僅可以獲得傳統(tǒng)的相同高度層的電極板之間的電容值，還可以獲得不同高度層的電極板之間的電容值。而由于基部傳感器在軸向上可檢測(cè)到不同高度層測(cè)量區(qū)域內(nèi)工質(zhì)介電系數(shù)的變化，具有三維特性，克服傳統(tǒng)三維檢測(cè)在軸向上分辨率低，誤差大的缺點(diǎn)，提高檢測(cè)的可靠性。從而使該火焰檢測(cè)傳感器可應(yīng)用于更廣的測(cè)量對(duì)象。
【附圖說明】
[0012]圖1為基于ECT成像系統(tǒng)的三維開放式多向檢測(cè)傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為圖1的絕緣底座結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3為ECT檢測(cè)等離子體火焰實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。
[0015]圖4傳統(tǒng)傳感器原理圖。
[0016]圖5三維全開放式多向檢測(cè)傳感器原理圖。
[0017]圖6三維多向檢測(cè)傳感器與三維全開放式傳感器在距底座平面為60mm的高度層上選取其中有代表性的電極對(duì)的敏感場(chǎng)圖像，其中，
[0018](a)全開放式三維傳感器在H=60mm高度層上相鄰電極對(duì)之間的敏感場(chǎng)圖像
[0019](b)全開放式三維傳感器在H=60mm高度層上相對(duì)電極對(duì)之間的敏感場(chǎng)圖像
[0020](c)全開放式三維傳感器在H=60mm高度層上任意電極對(duì)之間的敏感場(chǎng)圖像[0021 ] (d)三維多向檢測(cè)傳感器在H=60mm高度層上相鄰電極對(duì)之間的敏感場(chǎng)圖像[0022 ] (e)三維多向檢測(cè)傳感器在H=60mm高度層上相對(duì)電極對(duì)之間的敏感場(chǎng)圖像
[0023](f)三維多向檢測(cè)傳感器在H=60mm高度層上任意電極對(duì)之間的敏感場(chǎng)圖像
[0024]圖中標(biāo)號(hào):1-絕緣底座，2-底座電極，3-剛玉圓筒，4-環(huán)形電極，5-測(cè)量電極，6_屏蔽罩，7-等離子體火焰燃燒器，8-數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，9-成像系統(tǒng)，10-壓力表，11-穩(wěn)壓罐，12-減壓器，13-第一截止閥，14-第一流量計(jì)，15-第二流量計(jì)，16-第二截止閥，17-甲烷氣罐。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明提供一種基于電容層析成像的三維多向檢測(cè)火焰?zhèn)鞲衅骷皺z測(cè)系統(tǒng)，下面結(jié)合附圖予以說明。
[0026]圖1、圖2所示為基于ECT成像系統(tǒng)的三維開放式多向火焰檢測(cè)傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖中所示的三維多向檢測(cè)火焰?zhèn)鞲衅魇腔陔娙輰游龀上竦拈_放式三維多向檢測(cè)火焰?zhèn)鞲衅?，該檢測(cè)傳感器由絕緣底座I和基體兩部分構(gòu)成;基體為一段耐高溫的剛玉圓筒3，剛玉圓筒3的軸向高度為200mm,內(nèi)半徑80mm,外半徑為88mm,管壁厚度為8mm。分為，各包括八個(gè)電極，組成開放式三維多向檢測(cè)火焰?zhèn)鞲衅?其中，在絕緣底座I的上平面等分的電鍍了八個(gè)底座電極2，底座電極極2板間的間隔角度α為5°，底座電極I采用耐高溫的不銹鋼材料，內(nèi)圓弧半徑為40mm,外圓弧半徑為80mm嵌入剛玉圓筒3的底端;在剛玉圓筒3筒壁外圓周上等分固定八個(gè)環(huán)形電極4，環(huán)形電極4采用耐高溫的不銹鋼，厚度為5_，軸向高度為80mm;環(huán)形電極4底端距離絕緣底座I上的底座電極2平面的高度為60mm。
[0027]由于被