基于fpga的ect系统设计

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1、分类号：？９３４密级；公开ＵＤＣ；单位代码；１０１４２？？：／宋後小蓉硕壬学位论文基于巧ＧＡ的ＥＣＴ系统设计２０１３４３１学号：作者：＾工程硕女学科类别：仪器仪表工程，域领：论文类型：技术研究２０１６年２月２９日沈阳工业大学硕士学位论文基于FPGA的ECT系统设计DesignofECTSystemBasedonFPGA作者：王洋单位：信息科学与工程学院指导教师：颜华教授单位：沈阳工业大学协助指导教师：周英钢讲师单位：沈阳工业大学单位：论文答辩日期：2016年2月2

2、8日学位授予单位：沈阳工业大学独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研巧成果。尽我所知，除了文中特别加臥标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得沈阳工业大学或其他一教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我同工作的同志对本研巧所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。ｆ：。之、；Ｓ三《、／签名：主碎日期：关于学位论文使用授权的说明本学位论文作者和指导教师完全了解沈阳工业大学有关保留、使用学位论文的规定；，目Ｐ学校有权保留

3、并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电，允许论文被查阔和借阅子版；本人授权沈阳工业大学可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流，可臥采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。（保密的论文在解密后应遵循此规定）签名；主許导师签名：袜聲日親三。／《、２、巧！摘要电容层析成像（ElectricalCapacitanceTomography,ECT）技术，是一种通过测量空间介电常数分布来确定介质分布的技术，即通过检测非导电物场内介质分布变化引起的电容值变化，重建被检测的介质分布情况。与其他的

4、检测技术相比，电容层析成像技术有着结构简单、成本较低、适用范围广、非侵入、安全性能好、无污染以及快速的测量响应等优点。随着工业信息化的不断发展，在电力、医学、石油等领域的生产过程中，特别是对两相流或多相流参数的实时在线检测领域，都具有广泛的应用和发展前景。本文研究的是基于现场可编程门阵列（Fieldprogrammablegatearray，即FPGA）的ECT系统。本系统主要是由传感系统，数据采集系统以及成像计算机组成。传感系统用来将电介质分布转化为各极板对的电容值输出。数据采集系统用来获得不同角度的投影数据，然后通过数字正交解调方式对数据进行

5、处理并传送给成像计算机。数据采集系统主要包含一块数据采集主板和一块数据采集开关板。其中，数据采集主板主要以FPGA为测量核心，以单片机为控制核心。数据采集开关板主要由开关通道选择电路、交流激励型C/V转换电路构成。数据采集开关板背面有8个测量通道，8个接地通道，即一共可测量8个电极板。成像计算机以MATLAB为软件平台，主要用来实现图像重建功能，即采用线性反投影算法（LinearBackProjection，简称LBP）,根据采集来的投影数据，重建出传感器管道内的电介质分布情况，并显示在计算机屏幕上。本文主要介绍了电容层析成像技术在国内外的研究动

6、态及发展现状，重点介绍了本系统所用到的关键性电路，即交流激励型C/V转换电路，分析了数字正交相敏解调方案的原理及优点，阐述了基于FPGA测量芯片，单片机控制芯片的数据采集系统的设计过程，并通过系统测试验证了该系统的可行性。最终，通过对系统进行测试，表明了该系统具有集成度高、稳定性好、信噪比高等优点；通过成像测试，表明该成像系统对传感器内部的介质分布可以呈现出相应的可视化图像。关键词：电容层析成像技术，数据采集系统，FPGA，数字正交解调，MATLABIAbstractElectricalCapacitanceTomography(ECT)isak

7、indoftechnologybymeasuringspatialdistributionofdielectricconstanttodeterminethedistributionofmedia,anditcandetectvariationofcapacitancevalueswhicharecausedbythechangesinthedistributionofnon-conductivemedia.Finally,distributionofthedetectedmediumisreconstructed.Comparedwithoth

8、erdetectiontechniques,ECTtechniquehaslotsofadvantages,suchassimplest