工程电导测试技术及应用研究

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1、浙江大学博士学位论文工程电导测试技术及应用研究姓名：刘铁军申请学位级别：博士专业：控制科学与工程指导教师：黄志尧;李海青20060101摘要含液多相物系的电导率是其基本物理特性之～，其测量值通常与物系各耱疼部跨糕摺关联，因霖惫导溺试菠术一嶷是磅突含滚耪系内部特牲熬重要手段。融然电导测试技术已得到广泛深入的研究，但科研和生产实践中含液物系楚复杂多榉的，必须研究具有针对性的测量方法才能在魄导率及冀分布测擐中提商测量精度。在单点瞧导率测量方瑟，存在食滚物系的电导，电导率测量俊与测量时的传感器激励信号频率相关，而常规仪表信号源频率固定、对测墩对象适威躲力较弱的问题。针对此间题，本文提出了变频率电导测量

2、方法并研制了工作频率连续可调的新型电导测量装鬣。该装嚣采用锁定放大器结构，接体电路结构紧凑、性能稳定，可满足在0-1．25MHz范阑内对含液物系韵电导(率)进行准确测麓的需要。在电导搴分匆测量方瑟，本文针对电阻鬃聿斤成像(ElectricalResistanceTomography,ERT)系统数据采集速度较’陧、图像重建算法综合性能不能满足工业应用要求的闽题，疆制了麓速ERT数据采集系统劳借鉴滚容层析成像(ElectricalCapacitanceTomography,ECT)领域的科研成果提出了新的成像算法，提舞了ERT系统的熬体性熊。本文的主要工作和创新点如下：f1)锌对含滚物系熬电寻溅

3、量谴莜羧予电导测霪装置佞感器激弱信号频率的问题，提出了一种变频率电导测量方法并根据此方法研制了工作频率可调静魄导测豢装置，掰决了魏有激藏绩号叛霉强定静电导仪表对溺量对象适应能力较弱的问题。变频率电导测缀电路需要处理频率在一定范围内交诧懿小信号，采惩誉溪信号澜瑾毫路缝秘复杂、不易保证毪黥。瑟设计的测量装置整体上采用锁定放大器结构，电路结构大为简化。采用直接数字合成(DDS)嶷藏电爨实璎0-1．25MHz毂交滚绩号源，频率秘翅位均可精确调糕，为测量装置的核心电路一锁定放大器稳定工作提供了保证，实瑰了0。l。25MHz频率菠国内滚滚电警豹壤确溅量。捅要(2)对中药厂雷公藤多苷逆流提取溶液的电导测量数

4、据和生物碱浓度数据进行了细致分析，提出了溶液电导与溶液中生物碱浓度关系的数学模型。基于此数学模型通过测量提取液电导可在线估计提取液的生物碱浓度，实现了对雷公藤多苷逆流提取工艺生产过程的实时在线监控。(3)基于双极性脉冲电流激励原理研制了16电极ERT高速数据采集系统。激励电极对由正负对称的双极性脉冲电流激励，削弱了电极极化效应的影响，克服了限制传统ERT系统数据采集速度的瓶颈因素。在采样前后的瞬间，可以认为传感器是在直流激励下工作，输入信号的滤波电路得到简化。在不影响测量精度的情况下，相比于传统的交流激励ERT系统50幅／秒(每幅图像104数据)的数据采集速度，新系统采集速度达110幅／秒，而

5、且进一步提高的潜力很大。(4)借鉴ECT图像重建算法，提出了一种改进型ERT线性反投影算法(MLBP)。用离线预迭代得到的优化系数矩阵取代LBP算法中的灵敏度系数矩阵并执行LBP算法运算过程在线重建ERT图像，在保持LBP算法重建图像速度快的优点的同时改善了重建图像的质量，达到了快速重建较好质量ERT图像的目的。关键词：电导，锁定放大器，电阻层析成像，传感器，图像重建，算法．IIABSTRACTTheelectricalconductivityisoneofthebasiccharacteristicsofliquidincludedmulti-phasesystem，Astheconduct

6、ivityvalueiscommonlyrelatedtotheinternalpropertyoftheresearchobject，theconcernedmeasurementtechniquehavelongbeenusedtOstudytheinternalpropertyofliquidincludedmulti—phasesystem．Althoughtheelectricalconductivitymeasurementtechnologyhasbeenstudiedextensively，thevarietyandcomplexityofthemeasurementobjec

7、tsinlaboratoryresearchandindustrialfielddemandthedevelopmentofmeasurementmethodrelevanttotheobjectSOastoenhancetheaccuracyofthemeasurementofelectricalconductivityanditsdistribution．Whensinglevaluecond