平面阵列电容传感器设计与传感特性研究

发布时间：2022-02-20 15:14

　　平面阵列电容传感器是基于电容边缘效应的传感器,其所有的电极位于同一平面,能够从单方向对被测物进行测量,成本低、非侵入、效率高,应用前景广阔。由于平面阵列电容传感器存在软场特性,其内部灵敏度分布不均,传感器电极的形状和排布方式等因素对整个传感器的检测性能影响很大,所以对传感器进行设计,意义重大。本文对平面阵列电容传感器进行设计,并对其传感特性展开深入研究。首先,分析了平面阵列电容传感器的工作原理和数学理论,以电极屏蔽为对称轴,依据电极对称类型,设计出了四种不同对称方式的平面阵列电容传感器,并且与实验室原有的传感器进行对比。为了研究传感器的物理特性,利用有限元分析软件对所设计的传感器进行建模,并且对传感器的电势分布进行仿真模拟,研究了每个传感器的三维电势分布和电势等值线分布,分析了屏蔽对传感器电场线的影响。其次,对平面阵列电容传感器的灵敏度展开研究。建立了传感器的灵敏度模型,将传感器的灵敏场进行分层分块,对各传感器第1、6、20层灵敏度进行成像,分析了各层灵敏度的特点。建立了传感器的评价函数,研究了各传感器的评价结果,结果显示:上下左右对角对称型传感器评价结果最优。最后,为了研究每个传感器... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的目的和意义
    1.2 电容成像技术的发展现状
        1.2.1 传统电容成像技术的发展现状
        1.2.2 平面阵列电容成像技术的发展现状
    1.3 电容成像技术的研究热点和存在的问题
        1.3.1 研究热点
        1.3.2 存在的问题
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 平面阵列电容成像机理及方案
    2.1 平面阵列电容成像技术的数学理论
        2.1.1 电磁场特性
        2.1.2 正问题
        2.1.3 逆问题
        2.1.4 平面阵列电容成像技术的归一化方法及原理
    2.2 平面阵列电容成像技术的图像重建算法
        2.2.1 图像重建准则
        2.2.2 线性反投影算法
        2.2.3 Tikhonov正则化法
        2.2.4 Landweber迭代法
        2.2.5 共轭梯度法
    2.3 平面阵列电容成像系统
        2.3.1 平面阵列电容传感器
        2.3.2 电容采集单元
        2.3.3 图像重建单元
    2.4 本章小结
第3章 平面阵列电容传感器设计与灵敏度建模
    3.1 平面阵列电容传感器的工作原理
        3.1.1 边缘效应
        3.1.2 检测原理
    3.2 平面阵列电容传感器设计
        3.2.1 平面阵列电容传感器的结构模型
        3.2.2 平面阵列电容传感器的工作方式
    3.3 平面阵列电容传感器的电势分析
        3.3.1 平面阵列电容传感器的电势分布
        3.3.2 平面阵列电容传感器的电势等值线
    3.4 平面阵列电容传感器的灵敏度分析
        3.4.1 灵敏度的概念
        3.4.2 灵敏度模型构建
        3.4.3 对灵敏度成像及分析
    3.5 平面阵列电容传感器的评价
        3.5.1 传感器的评价函数
        3.5.2 传感器的空/满场
        3.5.3 传感器的评价结果
    3.6 本章小结
第4章 平面阵列电容传感器的检测实验
    4.1 缺陷检测实验方案
        4.1.1 实验总体方案
        4.1.2 三种缺陷方案
    4.2 电容值分析
        4.2.1 电容值评价函数
        4.2.2 电容曲线分析
    4.3 图像重建
        4.3.1 图像评价函数
        4.3.2 基于所有灵敏度层的重建图像
        4.3.3 缺陷重建图像分析
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FCM优化的平面阵列电容成像算法[J]. 温银堂,曹鹏鹏,田洪刚,张玉燕,罗小元.  计量学报. 2020(02)
[2]基于梯度投影稀疏重建算法的电容层析成像图像重建[J]. 张立峰,宋亚杰.  计量学报. 2019(04)
[3]绝缘及带绝缘包覆油气管道电容成像检测技术[J]. 李振,陈国明,李伟,曹松,符嘉明,殷晓康.  中国海上油气. 2019(03)
[4]电容层析成像三维图像重建研究[J]. 张立峰,蒋玉虎.  计量学报. 2019(03)
[5]非规则几何形状电容层析成像传感器设计[J]. 程小龙,周汝雁,何世钧,刘凯晨.  传感器与微系统. 2019(02)
[6]同面阵列电容成像传感空/满场设定方法研究[J]. 张玉燕,孙东涛,张振达,温银堂.  计量学报. 2018(04)
[7]矩形喷动床三维电容层析成像[J]. 孙阳,杨道业,刘大震,封文轩,顾沐阳.  化工学报. 2018(08)
[8]基于旋转电极的电容层析成像技术图像融合算法[J]. 马敏,王伯波,闫超奇,薛倩.  计量学报. 2018(01)
[9]基于ANSYS的平面电容传感器阵列三维仿真研究[J]. 刘泽良,温银堂,梁希,李慧剑.  传感器与微系统. 2016(04)
[10]基于ECT的复合材料构件胶层缺陷检测[J]. 温银堂,赵丽梅,张玉燕,潘钊,王洪瑞.  仪器仪表学报. 2015(08)



本文编号：3635313