【摘要】：電容層析成像技術(Electrical Capacitance Tomography,ECT)是近幾十年發(fā)展起來的一種新型可視化檢測技術,因其具有成本低,響應速度快,攜帶方便,無輻射,無侵入性,魯棒性等優(yōu)點,被廣泛應用于火焰燃燒、流化床監(jiān)測等工業(yè)領域中。而隨著工業(yè)發(fā)展得越來越快,也對ECT技術的測量精度和速度提出了越來越高的要求。為了提高ECT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集速率,本文對電容層析成像中的微電容測量電路進行了研究,將三角波激勵的測量電路引用到系統(tǒng)中,構(gòu)建了一套ECT成像系統(tǒng),有效提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集速率。以氣固兩相作為實驗對象進行驗證,得到了較好的測量數(shù)據(jù)和實驗圖像。本文主要研究工作和研究結(jié)果如下:1、對比分析了不同的電容測量電路,提出一種采用三角波代替?zhèn)鹘y(tǒng)正弦波作為激勵信號的方法,利用C/V轉(zhuǎn)換電路的微分特性,使其輸出為方波信號且幅值與被測電容值呈線性關系。由于其不需要相敏解調(diào)環(huán)節(jié),且測量電路響應時間減少,電容測量速率大幅提高。2、基于Xilinx Spartan-6型FPGA芯片,設計并實現(xiàn)了一套數(shù)字化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),該系統(tǒng)由FPGA讀取ROM中的三角波數(shù)字信號,經(jīng)外部D/A轉(zhuǎn)換電路生成激勵信號,設計可編程放大增益擴寬了測量電路的動態(tài)測量范圍,外部A/D轉(zhuǎn)換電路將測量數(shù)據(jù)采樣,利用FPGA內(nèi)部邏輯資源實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的中值濾波處理,然后通過USB2.0的方式與上位機傳輸通信。3、進行了系統(tǒng)性能測試和成像實驗,實驗證明,本系統(tǒng)能穩(wěn)定工作,準確的采集到傳感器端的電容數(shù)據(jù),與正弦波激勵測量方式相比,數(shù)據(jù)采集速率提升至2681幅/秒。
【圖文】：

道內(nèi)部的介電常數(shù)分布，就能獲得管道內(nèi)的介質(zhì)分布情況。在管道外側(cè)均，每兩個電極片之間能形成一個電容，隨著管道內(nèi)的介質(zhì)流動，管道內(nèi)的隨之而改變，從而引起了外部電極片之間的電容值發(fā)生改變。通過測量電容電路處理，可放大電極對管道內(nèi)部介電常數(shù)變化的敏感程度，更好的反應布變化情況。所得的電容值通過相關的圖像重建算法即可反映出內(nèi)部介質(zhì)的 ECT 成像系統(tǒng)由電容傳感器陣列、數(shù)據(jù)采集與控制電路、圖像重建單成，圖 2-1 為電容成像系統(tǒng)示意圖。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過傳感器陣列從不同，得到管道內(nèi)部介質(zhì)分布的反射投影信息，然后將得到的電容值信息進行放換、解調(diào)處理，傳送給計算機進行圖像重建。傳感器分布在絕緣管道的外檢測環(huán)境不會造成影響。并且由于它的響應速度快，，成本低得到了很多人

中國民航大學碩士學位論文第三章 微小電容測量方法研究采集是 ECT 系統(tǒng)極為重要的一環(huán)，數(shù)據(jù)的采集質(zhì)量影響后期成像的空間分的時間分辨率[55]。微小電容檢測電路是數(shù)據(jù)采集處理的第一步，直接關系著速度和精度[56]。電容傳感器的模型如圖 3-1 所示。其中xC 為兩極板之間的電S2C 為電極外部屏蔽罩之間的分布電容，p1C 、p2C 為信號傳輸導線引入的
【學位授予單位】：中國民航大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP274.51

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本文編號：2589148