電容層析成像技術(shù)（Electrical Capacitance Tomography,簡記ECT）本質(zhì)上是一種依據(jù)電容具有敏感機理的原理來測量狀態(tài)空間內(nèi)介電常數(shù)分布的過程層析成像技術(shù)。ECT系統(tǒng)具有非入侵、響應(yīng)速度快、成本低等優(yōu)點,可提供封閉管道及容器內(nèi)部的可視化信息。從長遠角度來看,此技術(shù)擁有良好的開發(fā)潛力和較為廣泛的應(yīng)用前景。然而在ECT系統(tǒng)測量的精確性方面還存在有很大的改善余地。本研究針對ECT系統(tǒng)數(shù)據(jù)測量精確性的不足,通過對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理的分析研究,提出了一種新型電感耦合及數(shù)字濾波的ECT系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括有交流激勵信號放大電路、可調(diào)式變壓電路、電容/電壓（C/V）轉(zhuǎn)換電路、增益可編程放大電路、相敏解調(diào)電路、濾波電路和參考信號放大電路。該系統(tǒng)通過控制正弦交流電壓來產(chǎn)生激勵信號,在極板電容信號進入C/V轉(zhuǎn)換電路前,通過帶特制的微型變壓器的電感耦合電路對信號進行靜電與噪聲抑制,信號經(jīng)過可編程放大電路、相敏解調(diào)電路及濾波電路完成對信號的放大、解調(diào)與濾波的工作。最后通過實驗仿真分析得出本設(shè)計提高了 ECT系統(tǒng)的測量精確度。 

【文章來源】：華北電力大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：49 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－１?８個電極的ＥＣＴ系統(tǒng)工作原理示意圖??

映被測電容變化的直流分量和交流分量，其中所得的解調(diào)信號是－個頻率與激勵??信號相同的正弦波經(jīng)過移相后輸出的信號。最后，己解調(diào)的信號通過濾波電路進??行濾波，濾除由解調(diào)路輸出的交流電壓，保留了直流電壓。系統(tǒng)框圖如圖３－１所??示：??交流激勵?？激勵放大?？模擬極板?？變壓器電路??濾波?＾?？相敏解調(diào)＾??増益可調(diào)放大＾?ｃ／ｖ轉(zhuǎn)換電路???參考信號??圖３－１?ＥＣＴ電容數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)的工作流程圖??３．３硬件方案論述??由上面的敘述可知，本研究的新型電感耦合及數(shù)字濾波的ＥＣＴ系統(tǒng)的硬件??電路主要是由交流激勵信號放大電路，可調(diào)式變壓電路，Ｃ／Ｖ轉(zhuǎn)換電路，增益可??編程放大電路，相敏解調(diào)電路，濾波電路和參考信號放大電路組成的。其中，應(yīng)??用到的主要電子元件有：交流激勵信號放大電路中的高壓放大器ＯＰ２８５，可調(diào)式??變壓電路中的特制的可調(diào)節(jié)匝數(shù)比的變壓器，Ｃ／Ｖ轉(zhuǎn)換電路中的可編程式的單刀??雙擲開關(guān)ＡＤＧ１２１９，參考信號放大電路用的ＡＤ８２７運算放大器，增益可編程放??大電路中的放大器ＡＤ８２５０和相敏解調(diào)電路中的乘法器ＡＤ５３４。下面將分別闡??述這些元件的性能優(yōu)勢。??３．３．１激勵信號放大器??信號源給整個測量電路提供了交流信號，因此，在此信號源的交流小信號正??式進入測量電路作為被測電容的激勵來源之前

因為靜電一般可看作是直流電，經(jīng)過此變壓器后，此靜電被變壓器繞組的低??電阻短路。因此，這就可顯出在理論上此變壓器可通過電感耦合的方式實現(xiàn)了其??電路有抗靜電干擾的功能。此變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖與其實物圖分別如下圖３－２和??圖?３－３：??屏蔽層??Ｖ?Ｖ??２鐵芯?３??俯視圖（變壓器）??圖３－２變壓器示意圖（針腳朝下的俯視圖）??＃｜??圖３－３變壓器實物圖（針腳朝上的俯視圖）??其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)有：初級線圈部分為引腳１到引腳２：?０．０８ｘ５６０Ｔ，Ｔ??表示的是繞線的匝數(shù)，其中，各繞線之間層層絕緣；次級線圈部分為引腳４到引??腳５再到引腳６最后到引腳３：?０．０８ｘ（１００Ｔ?＋?１８０Ｔ?＋?２８０Ｔ），繞線之間也層層絕緣；??屏蔽層是寬度為〇．８ｃｍ的銅箔，不短路且其連接在引腳ａ上。??１５??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]一種新型的三維ECT傳感器及三維圖像重建方法[J]. 陳德運,高明,宋蕾,林甲楠,于曉洋.  儀器儀表學(xué)報. 2014(05)
[2]壓縮感知在電容層析成像流型辨識中的應(yīng)用[J]. 吳新杰,黃國興,王靜文.  光學(xué)精密工程. 2013(04)
[3]一個基于1范數(shù)的電容層析成像圖像重建迭代算法[J]. 雷兢,劉石,李志宏.  儀器儀表學(xué)報. 2008(07)
[4]電容層析成像圖像重建的新型在線迭代法[J]. 董向元,郭淑青,劉石.  石油化工高等學(xué)校學(xué)報. 2008(02)
[5]基于電容層析成像和LS-SVM的空隙率測量[J]. 彭珍瑞,王保良,黃志堯,李海青.  浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版). 2007(06)
[6]哈特曼裝置上粉塵濃度的測量[J]. 李新光,董洪光,S.Radandt.  東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2007(04)
[7]基于DSP的數(shù)字化電容層析成像系統(tǒng)[J]. 馬敏,王化祥,田莉敏.  傳感技術(shù)學(xué)報. 2006(03)
[8]基于ECT傳感器和模式識別的氣液兩相流空隙率測量新方法研究[J]. 王雷,冀海峰,黃志堯,李海青.  儀器儀表學(xué)報. 2005(06)
[9]電容層析成像系統(tǒng)傳感器敏感特性分析及比較[J]. 陳德運,鄭貴濱,于曉洋,孫立鐫.  宇航學(xué)報. 2005(03)
[10]流化床鍋爐熱煙氣點火過程的離散顆粒模擬[J]. 劉安源,劉石,馬玉峰,宗承云.  中國電機工程學(xué)報. 2005(03)



本文編號：3519245