傳統(tǒng)的電容層析成像技術(shù)（Electrical Capacitance Tomography,ECT）系統(tǒng)串行測(cè)量模式難以捕捉航空發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管處尾氣瞬時(shí)狀態(tài)信息,為滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管處尾氣的監(jiān)測(cè)需求,本文設(shè)計(jì)了一種高速并行ECT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),以5個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）芯片協(xié)同控制為核心,從而達(dá)到提升數(shù)據(jù)采集部分吞吐量的目的,進(jìn)而提高系統(tǒng)響應(yīng)速度,對(duì)于監(jiān)測(cè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管處尾氣具有十分重要的意義。本文深入研究解決了并行模式電容層析成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的多核心控制器協(xié)調(diào)、多通道數(shù)據(jù)同步采集、相敏解調(diào)、傳輸問題,主要工作和結(jié)果如下:1、設(shè)計(jì)了一種基于5片F(xiàn)PGA的并行ECT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),系統(tǒng)劃分為兩級(jí)設(shè)計(jì),第一級(jí)為數(shù)據(jù)采集、數(shù)字相敏解調(diào)算法處理,第二級(jí)負(fù)責(zé)FPGA系統(tǒng)與PC上位機(jī)通信。利用FPGA的并行處理優(yōu)勢(shì),減少處理器中循環(huán)計(jì)算隊(duì)列所耗費(fèi)的時(shí)間,依據(jù)功能可實(shí)現(xiàn)性,將整個(gè)系統(tǒng)劃分為激勵(lì)源主控制器、協(xié)處理器、通信模塊,并進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)融合調(diào)試,有效提高了系統(tǒng)整體數(shù)據(jù)吞吐率。2、系統(tǒng)第一級(jí)包含C/V轉(zhuǎn)換、抗混疊濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換以及3個(gè)用于數(shù)字相敏解調(diào)的協(xié)處理器,兩級(jí)之間的數(shù)據(jù)傳輸采用多通道級(jí)聯(lián)SP... 

【文章來源】：中國(guó)民航大學(xué)天津市

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)部邏輯功能框圖

3.2.2 開關(guān)選通模塊 并行系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)時(shí)，為了達(dá)到一對(duì)差分電極處于激勵(lì)模式，其余差分電極對(duì)同時(shí)處于測(cè)量模式的目的，獲得更加豐富的物場(chǎng)信息，設(shè)計(jì)成每對(duì)差分電極有兩種狀態(tài)模式，即激勵(lì)模式和測(cè)量模式。三塊電容至數(shù)字（C/V+A/D）集成轉(zhuǎn)換電路板共 12 通道，對(duì)應(yīng) 24 個(gè)四通道單刀單擲高速 CMOS 開關(guān)芯片，可實(shí)現(xiàn)一對(duì)差分處于激勵(lì)狀態(tài)，其余差分電極對(duì)同時(shí)測(cè)量的電路功能。單個(gè)電極的選通開關(guān)控制邏輯電路如圖 3-3 差分激勵(lì)測(cè)量開關(guān)組合電路圖所示，每個(gè)電極對(duì)應(yīng)兩個(gè)四通道單刀單擲高速 CMOS 開關(guān)，由于沒對(duì)差分電極對(duì)的測(cè)量模式都是保持同步的，因此共用相同的控制信號(hào)，節(jié)省 FPGA 的 I/O口。

中國(guó)民航大學(xué)碩士學(xué)位論文18還可以看出，輸出電壓與激勵(lì)電壓的極性相反。基于此，通過電路設(shè)計(jì)仿真軟件Multism仿真驗(yàn)證最終設(shè)計(jì)出如圖3-5所示的交流法C/V轉(zhuǎn)換電路，但Multisim仿真實(shí)驗(yàn)以及工程實(shí)踐測(cè)試表明，該電路最大能承受1MHz左右的轉(zhuǎn)化頻率，輸出的壓擺跟不上輸入端，出現(xiàn)非線性失真，影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的解調(diào)精度以及后續(xù)成像質(zhì)量�；诖私涣鞣ǔ浞烹婋娐返念l率限制，從速度精度以及實(shí)現(xiàn)難度，折中考慮系統(tǒng)采用500KHz的正弦激勵(lì)信號(hào)。圖3-5交流法C/V轉(zhuǎn)換電路3.2.5抗混疊濾波C/V電路的功能只是把電容信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，便于模數(shù)轉(zhuǎn)換器件對(duì)其采樣，但是其中摻雜有各種因素引起的高頻雜波分量，在不影響系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的前提下，在C/V電路轉(zhuǎn)換后，模數(shù)轉(zhuǎn)換器件之前加入抗混疊濾波電路，在滿足香濃采樣定理的前提下，結(jié)合系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)的實(shí)際條件，合理的選擇抗混疊濾波電路的截止頻率，截止頻率如果選的過小，那么電路的延遲時(shí)間會(huì)較大[34]，影響系統(tǒng)采集速度，如果截止頻率選的過大，則無法有效地濾波高頻噪聲，導(dǎo)致信號(hào)的信噪比低，影響系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集解調(diào)精度和成像質(zhì)量[35]。并行系統(tǒng)中12個(gè)通道，對(duì)應(yīng)12路C/V轉(zhuǎn)換電路、12路抗混疊濾波電路。采用AD817運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)的其中一路（12路）抗混疊濾波電路設(shè)計(jì)如圖3-6所示，其中C/V_OUT_1即經(jīng)過C/V轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)，AD_IN即經(jīng)過抗混疊濾波電路即將進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換電路的信號(hào)。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于USB 3.0的高速CMOS圖像傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J]. 丁寧,常玉春,趙健博,王超,楊小天.  吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版). 2018(04)
[2]基于FPGA的USB3.0通信架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 吳春春,胡懷湘,金達(dá),陳相宇.  計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化. 2017(10)
[3]基于FPGA和USB3.0的通用數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 匡鵬,劉沖,王永綱.  微型機(jī)與應(yīng)用. 2017(07)
[4]基于USB3.0接口的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 宋中喆,裴東興,楊少博.  現(xiàn)代電子技術(shù). 2017(04)
[5]孔探技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修中的應(yīng)用[J]. 劉斌江,孫科.  國(guó)防制造技術(shù). 2016(03)
[6]一種基于FPGA的一體化數(shù)字接收機(jī)實(shí)現(xiàn)[J]. 鄒敏,陳勇,羅進(jìn)川.  儀器儀表用戶. 2016(07)
[7]基于USB3.0和FPGA的傳動(dòng)誤差檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 張靜,彭東林,鄭永.  計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制. 2016(01)
[8]基于ECT技術(shù)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 馬敏,周苗苗,李新建.  傳感器與微系統(tǒng). 2015(05)
[9]基于FPGA與Matlab的數(shù)字正交解調(diào)器的設(shè)計(jì)[J]. 周之麗,孟令軍,王曉丹,張曉春.  計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制. 2015(01)
[10]FPGA的模塊化設(shè)計(jì)方法[J]. 張松,李筠.  電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào). 2014(05)

博士論文
[1]電學(xué)層析成像激勵(lì)測(cè)量模式及圖像重建算法研究[D]. 張立峰.天津大學(xué) 2010
[2]基于靜電感應(yīng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣路監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[D]. 文振華.南京航空航天大學(xué) 2009

碩士論文
[1]滑油系統(tǒng)靜電監(jiān)測(cè)試驗(yàn)研究[D]. 陳進(jìn).南昌航空大學(xué) 2018
[2]發(fā)動(dòng)機(jī)葉片原位無損檢測(cè)技術(shù)研究[D]. 徐健.大連理工大學(xué) 2016
[3]基于FPGA和USB3.0的超高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 溫建飛.中北大學(xué) 2016
[4]基于ECT的航空發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 陸成超.中國(guó)民航大學(xué) 2016
[5]基于SOC異步FIFO的設(shè)計(jì)與形式驗(yàn)證[D]. 張波.西安電子科技大學(xué) 2015
[6]基于USB3.0接口的高速數(shù)據(jù)傳輸電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 李澤明.中北大學(xué) 2014
[7]航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷中孔探圖像特征提取技術(shù)應(yīng)用研究[D]. 張勇.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3613709