高速電容層析成像系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、兩相流廣泛存在于自然界和工業(yè)生產(chǎn)中，其參數(shù)的實時檢測難度較大，是一個亟待發(fā)展的研究領(lǐng)域。電容層析成像技術(shù)(Electrical Capacitance Tomography，ECT)具有成本低、非侵入性、適用范圍廣和安全性能佳等特點，是過程層析成像技術(shù)的研究熱點之一，已發(fā)展成為一項重要的兩相流參數(shù)檢測技術(shù)。 但是電容層析成像技術(shù)發(fā)展至今還不完善，在系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用上尚存在不少問題和難點。本文針對制約ECT技術(shù)實時性的微弱電容測量速

2、度和數(shù)據(jù)采集處理速度等問題進行了研究，研制了一套基于DSP和USB2.0技術(shù)的高速ECT系統(tǒng)。經(jīng)測試，該系統(tǒng)在保持較高測量精度的同時，極大地提高了數(shù)據(jù)采集速度。 本文的主要工作如下： (1) 深入分析了基于差分采樣法的微弱電容測量電路，通過合理的時序設(shè)計消除了電子開關(guān)的電荷注入效應(yīng)；分析了電路的抗雜散電容性能；同時提出了微弱電容的測量模型，并分析了影響測量電容分辨率的因素。通過將微弱電容測量電路模塊化設(shè)計，直接安裝在徑向

3、電極上，實現(xiàn)了并行激勵、串行測量，極大地提高了電容檢測速度，增強了抗干擾能力。 (2) 設(shè)計了基于數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processor,DSP)和復(fù)雜可編程邏輯器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)的EUT控制處理結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了模擬信號通道及模數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，引入通用串行總線(Universal SerialBus，USB)技術(shù)設(shè)計了ECT的高速通訊模塊，最后按