專利名稱：一種微型電容層析成象傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種傳感器，具體的說涉及一種電容層析成象(Electricalcapacitance tomography，ECT)系統的微型傳感器(Micro-sensor)。
背景技術：
ECT技術是應用于多相流測量與控制的一種新型技術，其原理是傳感器圍繞被測區域設置一組電極板，ECT系統依靠傳感器檢測區域內物質分布變化而引起的電容變化，籍以確定內部物質濃度分布。因此具有不干擾流場、快速、廉價、無放射性等優點。ECT技術經過十幾年的發展，己在多相流參數檢測及過程安全和可靠性檢測、粉(粒)料氣力輸送過程、化工分離過程、生化反應過程、流化床的監測等方面得到了研究和應用。
經過國內外專家的共同努力，ECT技術得到了長足的發展。但在微小尺度條件下的應用還沒有見到。微型傳感器十分精密和復雜，所采集電容信號非常微弱，因此對傳感器的靈敏度和抗干擾性要求較高。目前，公知的ECT傳感器的設計主要針對工業管道內兩相流參數的測量，其結構尺寸、測量精度和空間分辨率還不能滿足微尺度下兩相流參數的測量。
發明內容
為了克服現有的ECT傳感器不能適用于微尺度下兩相流測量的不足，本發明提供一種微型傳感器，該微型傳感器不僅可以滿足微尺度下兩相流流動參數測量的要求，而且還能夠測量微米級的液膜厚度。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是提供一種微型電容層析成象傳感器，由測量電極和絕緣隔離層組成，多個截面呈扇形的測量電極與多個片狀絕緣隔離層間隔布置，相鄰兩電極之間是絕緣隔離層，相互圍成圓筒狀，共同形成毛細管的周壁，中心是組合成的圓形通道，此圓形通道即作為ECT傳感器，也作為測量對象的導熱和流動管道；傳感器的圓形通道兩端和前后的管道連接，密封嚴密，形成一段完整的流動通道；測量電極與信號線的線芯相連，采集到的信號通過控制電路傳入計算機。
所述的電容層析成象傳感器，其所述測量電極與絕緣隔離層間隔布置，其間隔為等間隔或不等間隔地排列。
所述的電容層析成象傳感器，其所述測量電極數目是在4～16之間。
所述的電容層析成象傳感器，其對于等距布置的測量電極，測量電極外緣的寬度按公式w＝πd/m-δ計算，式中w為每一個測量電極的寬度，d為毛細管外徑，m為測量電極總數，δ為測量電極之間的間隔。
所述的電容層析成象傳感器，其還包括端屏蔽和屏蔽罩，端屏蔽如帽狀，其端面中心有通孔，通孔周緣為折邊，套于毛細管周壁的兩端，端屏蔽中心通孔與毛細管的圓形通道相適配；屏蔽罩如筒狀，位于傳感器外部，套于毛細管外周壁，將所有測量電極包圍于內，并通過導線與兩個端屏蔽相連；端屏蔽和屏蔽罩接地保持零電勢，測量電極與端屏蔽、屏蔽罩完全隔離開。
所述的電容層析成象傳感器，其信號線的線芯與測量電極相連，屏蔽線與端屏蔽、屏蔽罩相連。
所述的電容層析成象傳感器，其所述測量電極是采用銅材料制作，隔離層是采用聚四氟乙烯制成。
所述的電容層析成象傳感器，其所述端屏蔽、屏蔽罩是采用銅材料制作。
本發明的有益效果是，可以滿足ECT系統在微尺度下兩相流參數測量的要求，相比普通ECT傳感器，其測量精度和空間分辨率都有較大提高，從而拓寬了ECT技術的應用范圍。
圖1是本發明一種微型電容層析成象傳感器的立體示意圖；圖2是本發明微型傳感器的八個電極縱剖面構造圖；圖3是本發明的使用流程示意圖。
具體實施例方式
實施例1在圖1、圖2中，可看到本發明的結構，由測量電極2和絕緣隔離層3組成，8個截面呈扇形的測量電極2與片狀絕緣隔離層3間隔布置，相鄰兩電極之間是絕緣隔離層3，8個測量電極2和8個絕緣隔離層3相圍成圓筒狀，共同形成毛細管1的周壁，中心是組合成的精密圓形通道。在測量電極2兩端，分別設有端屏蔽4，端屏蔽4端面中心有通孔，通孔周緣為折邊。端屏蔽4如帽狀，套于毛細管1周壁的兩端，端屏蔽4中心通孔與毛細管1的圓形通道相適配。傳感器和前后的管道連接，密封嚴密，形成一段完整的流動通道。傳感器和測量管道具有基本相同的傳熱和流動特性，如常規金屬管壁所具有的熱阻和摩擦系數等。為了顯示微型傳感器的內部結構，圖1沒有畫出屏蔽罩5。
從圖2可以看出，筒狀屏蔽罩5位于傳感器外部，套于毛細管1外周壁，將所有測量電極2包圍于內，并通過導線與兩個端屏蔽4相連。測量電極2與端屏蔽4、屏蔽罩5完全隔離開。實際測量時，屏蔽信號線的線芯與測量電極2相連，屏蔽線與端屏蔽4相連。端屏蔽4和屏蔽罩5接地保持零電勢，從而抗除靜電干擾。為了顯示測量電極2和絕緣隔離層3的布置情況，圖2沒有畫出端屏蔽4。
各測量電極2和端屏蔽4的長度沒有嚴格限定，可視需要根據傳感器的長度而定，本實施例中傳感器的長度為35mm，各測量電極2和兩個端屏蔽4的長度都為10mm。測量電極2的外緣寬度按公式w＝πd/m-δ計算，式中w為每一個測量電極的寬度，d為毛細管外徑，m為測量電極總數，δ為測量電極之間的隔離層的外緣寬度。本實施例中毛細管外徑d為8mm，各測量電極的寬度為2mm。
微型傳感器的測量電極2、端屏蔽4、屏蔽罩5等均由導電材料制成，本實施例采用的是銅，隔離層3則采用聚四氟乙烯制成。
實施例2圖3是微型傳感器的測量實施例，其中傳感器圍繞被測區域6設置一組測量電極2，檢測區域內物質分布變化而引起的電容變化，采集電路7將得到的數據通過PCI卡，送入計算機進行數據處理和圖像重建，得到被測區域內部物質分布圖8。
本發明電場計算公式為拉普拉斯方程 ε為介質的介電常數。
離散計算的邊界條件為當電極作為激勵電極時，其邊界設為激勵電壓值，其余電極電壓為0。對各電極進行檢測時，相鄰電極的增益為低增益，其余為高增益。實際測量時，首先第一號電極作為激勵電極，其余為檢測電極，以8電極傳感器為例，檢測出7個電容值，然后，第二號電極作為激勵，檢測6個電容值，按照這樣的方式，共檢測出C82=8×(8-1)/2=28]]>個電容值。激勵與檢測通過計算機將控制信號送入采集電路，進而控制傳感器電極的激勵與檢測狀態。
本發明上述實施例僅用來說明本發明的技術方案，其不應限定本發明的保護范圍，若對上述實施例中技術方案做出的等效變換，均應屬于本發明保護的范圍。
權利要求
1.一種微型電容層析成象傳感器，由測量電極和絕緣隔離層組成，其特征是多個截面呈扇形的測量電極與多個片狀絕緣隔離層間隔布置，相鄰兩電極之間是絕緣隔離層，相互圍成圓筒狀，共同形成毛細管的周壁，中心是組合成的圓形通道，此圓形通道即作為ECT傳感器，也作為測量對象的導熱和流動管道；傳感器的圓形通道兩端和前后的管道連接，密封嚴密，形成一段完整的流動通道；測量電極與信號線的線芯相連，采集到的信號通過控制電路傳入計算機。
2.根據權利要求1所述的電容層析成象傳感器，其特征是所述測量電極與絕緣隔離層間隔布置，其間隔為等間隔或不等間隔地排列。
3.根據權利要求1所述的電容層析成象傳感器，其特征是所述測量電極數目是在4～16之間。
4.根據權利要求2所述的電容層析成象傳感器，其特征是對于等距布置的測量電極，測量電極外緣的寬度按公式w＝πd/m-δ計算，式中w為每一個測量電極的寬度，d為毛細管外徑，m為測量電極總數，δ為測量電極之間的間隔。
5.根據權利要求1所述的電容層析成象傳感器，其特征是還包括端屏蔽和屏蔽罩，端屏蔽如帽狀，其端面中心有通孔，通孔周緣為折邊，套于毛細管周壁的兩端，端屏蔽中心通孔與毛細管的圓形通道相適配；屏蔽罩如筒狀，位于傳感器外部，套于毛細管外周壁，將所有測量電極包圍于內，并通過導線與兩個端屏蔽相連；端屏蔽和屏蔽罩接地保持零電勢，測量電極與端屏蔽、屏蔽罩完全隔離開。
6.根據權利要求5所述的電容層析成象傳感器，其特征是信號線的線芯與測量電極相連，屏蔽線與端屏蔽、屏蔽罩相連。
7.根據權利要求1所述的電容層析成象傳感器，其特征是所述測量電極是采用銅材料制作，隔離層是采用聚四氟乙烯制成。
8.根據權利要求5所述的電容層析成象傳感器，其特征是所述端屏蔽、屏蔽罩是采用銅材料制作。
全文摘要
一種電容層析成象微型傳感器，主要由測量電極、隔離層、端屏蔽和屏蔽罩組成。測量電極等間隔或不等間隔地排列，相鄰電極之間設置非常細微的絕緣隔離層。多個測量電極形成毛細管的周壁，組合成精密的流動或傳熱通道。此環形通道即作為ECT傳感器，也作為測量對象的流動管道，具有所需的傳熱和流動特性，如常規金屬管壁所具有的熱阻和摩擦系數等。作為可選設置，測量電極兩端可設有端屏蔽，也可有一圓筒形屏蔽罩將整個傳感器包圍于內，端屏蔽和屏蔽罩接地保持零電勢。該微型傳感器可以在不干擾測量對象流動和傳熱，不改變測量對象熱力特性的前提下，滿足微尺度下兩相流流動參數測量的要求，例如能夠測量微米級的液膜厚度。
文檔編號H05K9/00GK1920545SQ20051009332
公開日2007年2月28日 申請日期2005年8月25日 優先權日2005年8月25日
發明者劉石, 李驚濤, 董向元, 趙樹華 申請人:中國科學院工程熱物理研究所