【摘要】：電容層析成像技術(shù)(Electrical Capacitance Tomography,ECT)是近幾十年發(fā)展起來的一種新型可視化檢測(cè)技術(shù),因其具有成本低,響應(yīng)速度快,攜帶方便,無輻射,無侵入性,魯棒性等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于火焰燃燒、流化床監(jiān)測(cè)等工業(yè)領(lǐng)域中。而隨著工業(yè)發(fā)展得越來越快,也對(duì)ECT技術(shù)的測(cè)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(duì)電容層析成像中的微電容測(cè)量電路進(jìn)行了研究,將三角波激勵(lì)的測(cè)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(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行驗(yàn)證,得到了較好的測(cè)量數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)圖像。本文主要研究工作和研究結(jié)果如下:1、對(duì)比分析了不同的電容測(cè)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(lì)信號(hào)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(hào)且幅值與被測(cè)電容值呈線性關(guān)系。由于其不需要相敏解調(diào)環(huán)節(jié),且測(cè)量電路響應(yīng)時(shí)間減少,電容測(cè)量速率大幅提高。2、基于Xilinx Spartan-6型FPGA芯片,設(shè)計(jì)并實(shí)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(hào),經(jīng)外部D/A轉(zhuǎn)換電路生成激勵(lì)信號(hào),設(shè)計(jì)可編程放大增益擴(kuò)寬了測(cè)量電路的動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍,外部A/D轉(zhuǎn)換電路將測(cè)量數(shù)據(jù)采樣,利用FPGA內(nèi)部邏輯資源實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的中值濾波處理,然后通過USB2.0的方式與上位機(jī)傳輸通信。3、進(jìn)行了系統(tǒng)性能測(cè)試和成像實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)證明,本系統(tǒng)能穩(wěn)定工作,準(zhǔn)確的采集到傳感器端的電容數(shù)據(jù),與正弦波激勵(lì)測(cè)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?jī)蓚�(gè)電極片之間能形成一個(gè)電容，隨著管道內(nèi)的介質(zhì)流動(dòng)，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(cè)量電容電路處理，可放大電極對(duì)管道內(nèi)部介電常數(shù)變化的敏感程度，更好的反應(yīng)布變化情況。所得的電容值通過相關(guān)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(jìn)行放換、解調(diào)處理，傳送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像重建。傳感器分布在絕緣管道的外檢測(cè)環(huán)境不會(huì)造成影響。并且由于它的響應(yīng)速度快，，成本低得到了很多人

中國(guó)民航大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章 微小電容測(cè)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(shí)間分辨率[55]。微小電容檢測(cè)電路是數(shù)據(jù)采集處理的第一步，直接關(guān)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(hào)傳輸導(dǎo)線引入的
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)民航大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP274.51

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