12电极电容层析成像数据采集系统的设计及实现

论文摘要

过程层析成像(PT)技术是近年来飞速发展起来的一门新技术,该项技术在解决多相流检测问题上有巨大的发展潜力和广阔的工业应用前景。它是将医学工程中已成功实现的断面(层析)成像技术应用到多相流检测技术之中,通过得到多相流横截面上各相分布图像来达到测量多相流参数的目的。与其它多相流参数检测技术和方法相比,电容层析成像技术以其成本低、适用范围广、结构简单、非侵入式、安全性能好等优点,成为目前流动层析成像技术发展的主流和研究热点,但离实际应用尚有很大距离,因此有待进一步研究和发展。本文以12电极电容层析成像系统为研究对象,主要探讨了电容层析成像图像数据采集系统方面有关的问题。主要完成了以下工作:简要地说明了多相流检测技术对于科研及工业生产的重要意义,分析比较基于不同敏感原理的过程层析成像技术,对过程层析成像技术的研究现状及发展趋进行了分析和总结;分析了电容层析成像系统的组成,研究了其工作原理;分析了电容测量中存在的问题,在研究了多种电容测量电路和杂散电容消除方法的基础上提出了实用的电容/电压转换电路;开发了以DSP为核心的ECT投影数据采集系统,并对其中主要软件进行设计;分析了基于通用串行总线(USB)和控制器局域网总线(CAN)的通讯方法数据采集系统和基于DSP的数据采集和图像重建系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 多相流检测技术
• 1.1.1 多相流检测技术研究的重要意义
• 1.1.2 多相流主要参数
• 1.1.3 多相流检测技术现状和发展现状
• 1.2 层析成像技术
• 1.2.1 过程层析成像技术概述
• 1.2.2 过程层析成像技术基本原理
• 1.2.3 过程层析成像技术分类
• 1.2.4 过程层析成像技术的发展趋势
• 1.3 课题来源及主要研究内容
• 第2章 电容层析成像系统组成及其工作原理
• 2.1 电容层析成像系统组成
• 2.1.1 传感器系统
• 2.1.2 数据采集系统
• 2.1.3 成像系统
• 2.2 电容层析成像系统的工作机理
• 2.2.1 电容层析成像的数学基础
• 2.2.2 灵敏度分布函数及图像重建原理
• 2.3 电容层析成像技术的研究现状
• 2.4 本章小结
• 第3章 数据采集系统硬件设计
• 3.1 系统概述
• 3.2 系统总体方案设计
• 3.3 电容测量电路
• 3.3.1 测量电路设计要求和检测原理
• 3.3.2 抗杂散电容效应分析
• 3.4 信号发生器的设计
• 3.4.1 DDS 工作原理
• 3.4.2 AD7008 芯片介绍
• 3.5 极板阵列控制电路设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 下位机软件设计
• 4.1.1 极板选择模块设计
• 4.1.2 信号发生模块
• 4.1.3 数据采集模块设计
• 4.1.4 数据传输模块设计
• 4.2 上位机软件设计
• 4.2.1 功能介绍
• 4.2.2 通讯模块设计
• 4.2.3 静态标定模块
• 4.2.4 Spccom 通讯控件介绍
• 4.3 本章小结
• 第5章 数据采集系统改进技术
• 5.1 高速通讯技术
• 5.1.1 基于通用串行总线的通讯方式
• 5.1.2 基于控制器局域网总线（CAN）的通讯方式
• 5.2 基于DSP 的数据采集及图像重建系统
• 5.2.1 DSP 芯片介绍
• 5.2.2 基于DSP 的数据采集及图像重建系统原理框图
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢