1.一种多电极ECT传感器设计方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1.利用保角变换方法建立ECT传感器的解析数学模型;
步骤2.根据建立的解析数学模型提出一种ECT相邻电极的电势穿透深度不小于管道半径的电极参数设计原则,得到ECT传感器电极的穿透深度以及初始电极参数;
步骤3.根据选取的初始电极参数中的电极宽度,首先通过增加电极的方式增加测量电容个数,将电极数量进行扩展,然后提出并联组合电极的方法,使组合后的电极组相对宽度不小于初始电极参数所求的电极宽度,设计多电极ECT传感器阵列;
步骤4.根据步骤3所设计的多电极ECT传感器阵列,提出一种与之对应的并联循环激励策略,进而完成多电极ECT传感器阵列的激励策略设定;
所述步骤1具体为:
步骤1.1.将圆弧电容转换成平面电容,即转换为平行板电容器;
步骤1.2.求出平行板电容器的电容公式;
步骤1.3.利用步骤1.2的电容公式,求出任意两电极间的电容值,根据各电极间的几何关系,推出ECT传感器的解析数学模型;
其中,非对称极板时,ECT传感器的解析数学模型公式为:对极板时,ECT传感器的解析数学模型公式为:其中,M是电极的个数,θ是电极宽度对应的夹角,β是相邻电极之间的夹角,r是管道的半径,l是电极的长度,i、j是电极编号,βij是电极i、j之间的夹角,wij是电极i、j经过变换后电极宽度,Cij是电极i、j之间的电容,T是相邻电极的穿透深度,δ是所有电极宽度之和所占整个管道周长的比例,ε0是真空的介电常数,εr是介质的介电常数。
2.根据权利要求1所述的多电极ECT传感器设计方法,其特征在于,所述步骤1.1中,定义圆弧电容所在平面为Z复平面,定义平面电容所在平面为ω,复平面,则将Z复平面的圆弧电容转换成ω,复平面中的平面电容的公式如下:定义A''、B''、C''、D''是z复平面中A、B、C、D各点在ω,复平面的映射,LA”LB”LC”LD”是ω,复平面中A''、B''、C''、D''各点距离原点的距离;θ是两圆弧电极对应的弧度角,θ1是两圆弧与x轴的夹角,r是管道半径。
3.根据权利要求1所述的多电极ECT传感器设计方法,其特征在于,所述步骤1.2中,平行板电容器的电容公式如下:其中,C是两极板的电容,l是极板长度,w是极板宽度,a是两极板的距离,ε0是真空的介电常数,εr是介质的介电常数。
4.根据权利要求1所述的多电极ECT传感器设计方法,其特征在于,所述步骤2具体为:
步骤2.1.将管道尺寸代入步骤1得到的ECT传感器的解析数学模型中计算,求出不同电极个数时的电极参数,包括相邻电极的穿透深度和电极尺寸;
其中,电极尺寸包括电极长度、电极宽度和电极高度;
步骤2.2.选取T≥r时,电极宽度最大的一组电极参数作为初始电极参数;其中,T表示ECT相邻电极的电势穿透深度,r表示管道半径。
5.根据权利要求4所述的多电极ECT传感器设计方法,其特征在于,所述步骤3具体为:
步骤3.1.根据步骤2.2选取的初始电极参数对应的电极宽度,首先通过增加电极的方式增加测量电容个数,将电极数量扩展到N个;
步骤3.2.根据步骤3.1选取的电极个数N,将电极个数N代入ECT传感器的解析数学模型公式,求出单个电极的宽度;
步骤3.3.根据步骤3.2的计算结果,提出一种并联组合电极的方法,使组合后的电极组相对宽度不小于步骤2.2所求的电极宽度,确定电极组合个数n;
步骤3.4.将ECT传感器的N个电极沿管道的周向方向均匀分布在管道外壁,以任意电极为起点,将电极从1至N顺序编号;
步骤3.5.将相邻的n个电极合并为一个电极组,获得n*(n‑1)/2组合并电极组;
步骤3.6.将N电极ECT传感器划分为n个相互独立的层,每层由N/n个电极组构成,每个电极组由n个编号依次相邻的电极组成;
第一层电极组确定后,剩余层电极组相较于上一层依次偏移一个电极的位置。
6.根据权利要求5所述的多电极ECT传感器设计方法,其特征在于,所述步骤4具体为:
步骤4.1.对电极组采用并联循环激励方式,对同层中某一组电极施加激励电压,其余电极组作为测量电极组,依次测量同层中测量电极组的电容值;
步骤4.2.重复步骤4.1,同层中下一组电极作为激励电极,其余电极组作为测量电极组,直至倒数第二组电极作为激励电极,其余电极组作为测量电极组;
步骤4.3.重复步骤4.2,直至所有层的电极组都测量完毕,当n层电极组全部测量完毕即完成一轮扫描;由此,完成了ECT传感器的激励策略设定。
7.根据权利要求5所述的多电极ECT传感器设计方法,其特征在于,所述管道是采用非极性塑料的聚丙烯材料制成的。
8.根据权利要求5所述的多电极ECT传感器设计方法,其特征在于,所述电极为圆弧型的铜质材料,其半径与管道外壁直径相同,在电极外侧覆盖有屏蔽层。
9.一种多电极ECT传感器,其特征在于,该多电极ECT传感器是由如权利要求1至8任一项所述的多电极ECT传感器设计方法制作而成的。