傳統(tǒng)的電容層析成像技術(shù)（Electrical Capacitance Tomography,ECT）系統(tǒng)串行測量模式難以捕捉航空發(fā)動機尾噴管處尾氣瞬時狀態(tài)信息,為滿足航空發(fā)動機尾噴管處尾氣的監(jiān)測需求,本文設(shè)計了一種高速并行ECT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),以5個現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）芯片協(xié)同控制為核心,從而達到提升數(shù)據(jù)采集部分吞吐量的目的,進而提高系統(tǒng)響應(yīng)速度,對于監(jiān)測航空發(fā)動機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)劃分為兩級設(shè)計,第一級為數(shù)據(jù)采集、數(shù)字相敏解調(diào)算法處理,第二級負責(zé)FPGA系統(tǒng)與PC上位機通信。利用FPGA的并行處理優(yōu)勢,減少處理器中循環(huán)計算隊列所耗費的時間,依據(jù)功能可實現(xiàn)性,將整個系統(tǒng)劃分為激勵源主控制器、協(xié)處理器、通信模塊,并進行系統(tǒng)級融合調(diào)試,有效提高了系統(tǒng)整體數(shù)據(jù)吞吐率。2、系統(tǒng)第一級包含C/V轉(zhuǎn)換、抗混疊濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換以及3個用于數(shù)字相敏解調(diào)的協(xié)處理器,兩級之間的數(shù)據(jù)傳輸采用多通道級聯(lián)SP... 

【文章來源】：中國民航大學(xué)天津市

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：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)工程實現(xiàn)時，為了達到一對差分電極處于激勵模式，其余差分電極對同時處于測量模式的目的，獲得更加豐富的物場信息，設(shè)計成每對差分電極有兩種狀態(tài)模式，即激勵模式和測量模式。三塊電容至數(shù)字（C/V+A/D）集成轉(zhuǎn)換電路板共 12 通道，對應(yīng) 24 個四通道單刀單擲高速 CMOS 開關(guān)芯片，可實現(xiàn)一對差分處于激勵狀態(tài)，其余差分電極對同時測量的電路功能。單個電極的選通開關(guān)控制邏輯電路如圖 3-3 差分激勵測量開關(guān)組合電路圖所示，每個電極對應(yīng)兩個四通道單刀單擲高速 CMOS 開關(guān)，由于沒對差分電極對的測量模式都是保持同步的，因此共用相同的控制信號，節(jié)省 FPGA 的 I/O口。

中國民航大學(xué)碩士學(xué)位論文18還可以看出，輸出電壓與激勵電壓的極性相反�；诖耍ㄟ^電路設(shè)計仿真軟件Multism仿真驗證最終設(shè)計出如圖3-5所示的交流法C/V轉(zhuǎn)換電路，但Multisim仿真實驗以及工程實踐測試表明，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，從速度精度以及實現(xiàn)難度，折中考慮系統(tǒng)采用500KHz的正弦激勵信號。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轉(zhuǎn)化為電壓信號，便于模數(shù)轉(zhuǎn)換器件對其采樣，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)實時性的前提下，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)工程實現(xiàn)的實際條件，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，那么電路的延遲時間會較大[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個通道，對應(yīng)12路C/V轉(zhuǎn)換電路、12路抗混疊濾波電路。采用AD817運算放大器設(shè)計的其中一路（12路）抗混疊濾波電路設(shè)計如圖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，AD_IN即經(jīng)過抗混疊濾波電路即將進入AD轉(zhuǎn)換電路的信號。

【參考文獻】：
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本文編號：3613709