电阻层析成像测试系统中的微弱信号检测

论文摘要

两相流动体系在工业过程中的广泛性及重要性促使两相流领域的研究工作迅速发展,目前已成为国内外给予极大关注的前沿学科。两相流系统工作迅速发展,目前已成为国内外给予极大关注的前沿学科。两相流系统是一个复杂的非线性动态系统,其参数检测的难度较大,在很多情况下,两相流参数检测技术已成为两相流研究的一个制约性因素。用于两相流测量的电阻层析成像技术(Electrical Resistance Tomography,简称ERT)通过测量敏感场内电导率变化,得到对象的流动特性,在工业过程中有广泛的应用前景。ERT系统的信号采集部分是整个系统成功与否的关键,由于ERT数据采集系统处理的是微弱信号,所以具有很大的困难和挑战性。本论文根据微弱信号检测的基本原理,对ERT系统的信号采集进行了研究和设计。首先,根据ERT系统信号采集的特点,制定了ERT系统信号采集的设计方案。设计内容包括:信号源,多路模拟开关,前置放大器,滤波器、相敏检波单元,A/D转换等。然后,用Multisim和Proteus软件对上述设计进行了仿真,验证设计方案的可行性和设计参数的正确性。接着,设计了有关的PCB板。并且在PCB板设计中,采取了多种措施来抑制各种环境噪声,提高系统的性能。硬件电路完成后,对系统各模块分别进行了调试,并对其进行了分析。最后,对系统中有关的多路开关逻辑控制,放大器增益控制,A/D转换及串口通讯等几部分软件方面作了介绍。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 两相流/多相流检测技术的发展现状
• 1.1.1 两相流测量概念与研究现状
• 1.1.2 两相流的测量方法
• 1.2 过程层析成像
• 1.3 电阻层析成像技术
• 1.3.1 电阻层析成像技术的概念
• 1.3.2 电阻层析成像技术的发展状况和前景
• 1.3.3 中国石油大学目前的研究现状
• 1.3.4 电阻层析成像技术的原理
• 1.3.5 电阻层析成像系统的结构
• 1.4 本论文的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 微弱信号检测
• 2.1 微弱信号的和噪声概念与性质
• 2.1.1 微弱信号
• 2.1.2 噪声
• 2.2 微弱信号检测的方法
• 2.2.1 传统测量方法
• 2.2.2 目前测量方法
• 2.3 微弱电导测量
• 2.3.1 影响电导测量的主要因素
• 2.3.2 电导测量的方法
• 2.4 模拟信号采集中应注意的主要问题
• 2.4.1 零点漂移
• 2.4.2 共模干扰
• 2.4.3 接地与屏蔽技术
• 2.5 本章小结
• 第三章 电阻层析成像系统的硬件电路设计
• 3.1 信号源设计
• 3.1.1 MAX038 波形产生电路
• 3.1.2 电压控制电流源
• 3.2 多路模拟开关
• 3.2.1 电极的选择
• 3.2.2 激励注入与电极测量模式
• 3.2.3 模拟开关阵列
• 3.3 数据采集电路
• 3.3.1 电压缓冲单元
• 3.3.2 可编程仪用放大器
• 3.3.3 带通滤波
• 3.3.4 可调移相器的设计
• 3.3.5 相敏解调器
• 3.3.6 低通滤波
• 3.3.7 A/D 转换
• 3.3.8 JTAG 调试和边界扫描与接口电路
• 3.3.9 直流电源获取
• 3.3.10 电平转换
• 3.3.11 电路板的设计与调试
• 3.3.12 实验结果与心得
• 3.4 本章小结
• 第四章 ERT 系统中软件部分的设计
• 4.1 利用单片机实现输入输出的逻辑控制
• 4.1.1 激励控制
• 4.1.2 测量控制
• 4.2 可编程增益放大控制
• 4.3 A/D 转换
• 4.3.1 用单片机内部ADC 实现A/D 转换
• 4.3.2 外部16 位A/D 转换
• 4.3.3 ADC 数据的软件滤波方法
• 4.4 时间参数设定和通讯方式
• 4.5 软件调试
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢