探析12电极电容层析成像数据采集系统的设计及软件开发

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1、哈尔滨理工大学硕士学位论文12电极电容层析成像数据采集系统的设计及软件开发姓名：韩优申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：陈德运20070301啥尔滨理工大学工学硕士学位论文12电极电容层析成像数据采集系统的设计及软件开发摘要电容层析成像技术(ECT)是基于电容敏感原理的过程层析成像技术(PD。该技术具有非辐射、非侵入、响应速度快、成本低廉和安全性能好等优点，已发展成为一门重要的两相流参数检测技术。但ECT技术为了应用于实践，还有一些有待完善的地方，如：微弱电容检测、改善系统的抗干扰性能等方面。本文以12电极电容层析成像系统

2、为研究对象，深入研究了电容层析成像技术的特点、工作原理和系统构成；通过有限元仿真得到的电容值仿真参数，设计微小电容测量电路模型：将相敏解调原理应用到系统中，以实现对噪声信号的抑制，采用高精度乘法器、八阶低通滤波器实现抗噪声干扰的相敏解调电路；分析了耦合电容对系统的影响，建立了前项补偿消除耦合电容的理论模型，通过硬件电路、软件实时补偿消除了耦合电容：设计了一套简化电路结构的极板开关控制阵列，使所有极板共用一个正弦激励信号和一路C／V转换电路；分析串口实现下位机与上位机通信的可行性，有效性；采用DSP芯片为核心控制芯片，编写下位机软件，实

3、现对数据采集系统的控制及与上位机的串口通信编写上位机程序，实现对数据的接收与保存。最后，在数据采集系统上进行试验，验证了方法的可行性，系统的精度达到了O．49974V／pF，较好的解决了微弱电容的测量问题，提高了系统的抗噪能力。关键词电容层析成像：数据采集系统；相敏解调；数字信号处理器堕查鎏耋三奎兰三茎堡圭耋堡丝圣DesignofDataAcquisitionSystemin12一ElectrodeECTandSoftwareDevelopmentAbstractElectricalcapacitancetomographytechn

4、ique(ECT)isakindofprocesstomographytechnique(PT)basedonthesensitiveprincipleofcapacitance．Thetechniquewi廿litsadvantagessuchasnoradiation,noinvaSion。highspeedofresponse，simplestructure，lowcost，wideapplicationrange，bettersafetyandSOonhasnOWbeingamostimportanttechniqueoftw

5、o-phaseflowparametermeasurement．ButthereisstillalotofworktobedoneforpracticalUSeofthetechnique，forexample：lowcapacitancemeasuring，improvingtheanti—interferenceabilityandSOon．Thisdissertationisbasedonthestudyof12-electrodeelectricalcapacitancetomographysystemforoil-water

6、two—phasemeaSurement．Thecharacteristics，theoperationprinciples，andthestructureofECTsystemarestudied．Lowcapacitancemeasurementcircuitisdesignedaccordingtothedatafromfiniteelementanalysis．Phasesensitivitydemodulationisusedinthesystemforrestrictingnoiseimerference．Theinflu

7、enceofcouplingcapacitancetothemeasurementsystemisanalyzed．Amodelofcouplingcapacitancecompensationisproposed，andisbuiltusinghardwireandsoftwareofrealtimecompensation．Acircuitofelectrode-chosenisdesigned，andelectrodessharetheC／Vconveningcircuitandsignalgenerator．Thefeasib

8、ilityandrationalityofusingRS232axeanalyzed，anddigitalsigtudprocessorchipistakenascorecontrollingchip。Thesoftwa