基于DSP的电容层析成像数据采集系统的设计及实现

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1、哈尔滨理工大学工学硕士学位论文基于DSP的电容层析成像数据采集系统的设计及实现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(PT)。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，已发展为一门重要的两相流参数检测技术，该技术是目前过程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，在系统设计以及应用上还存在不少问题和难点。因此有待进一步研究和发展，以便将该技术尽快应用于工业领域。本文以12电极电容层析成像系统为研究对象，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；设计了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

2、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，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。系统采用了增益可控差动电路进行直流补偿，利用PGA差动电路控制滤波电路的输出直流信号，反相端输入为D／A补偿电路输出的补偿信号，相减后经PGA内经放大后送入A／D测量电路，采用DSP芯片为核心控制芯片，最后由DSP将测量得到的数据通过串行口传送给计算机以完成电容的测量。在数据采集系统上进行了试验，验证了方法的可行性，较好的解决了微弱电容的测量

3、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；微小电容测量；数字信号处理器哈尔滨理工大学工学硕士学位论文DesignandImplementationofDataAcquisitionSystemBasedonDSPforElectricalCapacitance，。一。lomographyAbstractElectricalcapacitancetomography(ECT)techniqueisakindofprocesstomography(PT)techniquebasedonthesensitiveprincipleofcapacitance．Thetech

4、niquewithitsadvantagessuchasnoradiation，noinvasion，highspeedofresponse，simplestructure，lowcost，wideapplicationrange，bettersafetyandSOonhasnowbeingamostimportanttechniqueoftwo·phaseflowparametermeasurement．Butthereisalongdistanceinpracticalapplicationandtherearesomeproblemsanddifficultiesinsyste

5、mdesignandapplication．Sothereisalotofworktobedoneinordertousethetechniqueintheindustryassoonaspossible．Thisdissertationisbasedonthestudyof12一electrodeelectricalcapacitancetomographysystemforoil·watertwo-phasemeasurement．Thecharacteristics，theoperationprinciples，andthestructureofECTsystemarestud

6、ied．Lowcapacitancemeasurementcircuitisdesignedaccordingtothedatafromfiniteelementanalysis．Phasesensitivitydemodulationisusedinthesystemforrestrictingnoiseinterference．Theinfluenceofcouplingcapacitancetothemeasurementsystemisanalyzed．Amodelofcouplingcapacitancecompensationisproposed，andisbuiltus

7、inghardwireandsoftwareofrealtimecompensation．Acircuitofelectrode—chosenisdesigned，andelectrodessharetheC／Vconvertingcircuitandsignalgenerator．Thesystemusedthecontrollabledifferentialcircuittocarryondirectcurrentcompensation，usedPG