射线成像系统硬件及可视化软件设计

论文摘要

油、气、水多相流广泛存在于石油、化工和冶金等工业过程中,实现其在线检测对于生产过程安全高效运行和科学管理具有重要意义。近些年发展起来的工业层析成像技术（PT）成为多相流研究的一个热点问题。过程层析成像（PT）技术,采用非接触或非侵入的测量方式,提供两相/多相流内部二维三维参数分布的可视化信息,直接获取流体截面上各介质分布的位置、形状等信息,由此可获得多相流中各相流量、浓度、相含率、流型等参数,并可应用于两相馄合过程跟踪,实现模型优化及最优控制。因此,PT技术被认为是目前多相流检测技术研究发展的主要趋势和前沿课题之一,并具有良好的应用前景。本文简介了射线成像系统的理论基础,阐述了射线成像技术探测多相流特征参数的有关概念和原理。主要在以下几个方面进行了基于低能γ射线多相管流检测技术的研究。1.开发一个基于Visual C++6.0的射线成像系统界面软件,它可以完成对本底、真空、水、气、油等的标定,对现场油气水管流进行测试和计量,及对投影数据进行图像重建等功能。2.根据被测介质特性及系统结构特点,设计了基于低能射线的快速16通道脉冲幅度分析系统,从而有效提高了脉冲分析速度。经测试证明,每个道计数器可累计光子脉冲的速率大于1MHz。最后,对应用核技术进行在线快速探测多相流的研究,提出了进一步改进的建议。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 PT 技术简介
• 1.2 射线成像技术历史回顾
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 1.4 本论文的组织
• 第二章 射线成像系统物理学基础
• 2.1 射线性质及射线与物质的相互作用
• 2.1.1 射线的分类
• 2.1.2 γ射线及其主要性质
• 2.1.3 射线与物质的相互作用
• 2.1.4 各种相互作用发生的相对几率
• 2.2 用于油气水多相流参数检测的射线种类及其特性
• 2.2.1 γ射线及其特性
• 2.3 射线检测多相流参数的基本原理
• 2.3.1 窄束、单色射线的强度衰减规律
• 2.3.2 射线检测多相流参数的基本原理
• 2.4 多相流的概念及分类
• 2.5 多相流的主要特征参数
• 2.6 本章小结
• 第三章 射线成像系统硬件设计
• 3.1 引言
• 3.2 硬件结构
• 3.3 探测器
• 3.3.1 探测器选用原则
• 3.3.2 PIN 管的结构及特性
• 3.3.3 CdZnTe 探测器性能
• 3.4 前端放大电路阵列
• 3.4.1 低噪声电荷灵敏前置放大器
• 3.5 脉冲测量分析系统
• 3.5.1 脉冲放大器
• 3.5.2 脉冲幅度分析器设计
• 3.6 FPGA 串口通讯
• 3.7 小结
• 第四章 射线成像可视化软件系统
• 4.1 软件系统简介
• 4.2 软件界面及菜单功能设置
• 4.3 软件功能模块设计
• 4.3.1 串口通讯模块
• 4.3.2 算法应用模块
• 4.3.3 电机控制模块
• 4.3.4 数据存储和回放模块
• 4.3.5 控制面板设计模块
• 4.3.6 摄像头采集图像模块
• 4.3.7 开机运行、关机注销模块
• 4.4 小结
• 第五章 总结与建议
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 附录
• 致谢