一种基于CPLD的ECT控制系统的设计

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1、电子测量与仪器学报2004年增刊一种基于CPLD的ECT控制系统的设计吴志旺卢佩刘成臣(天津科技大学电子信息与自动化学院，天津300222)摘要:电容层析成像(ECT)技术应用于两相流/多相流的流型及各相分布参数的检测方面的研究，已经取得了显著的研究成果。本文提出了一种基于复杂可编程逻辑器件实现ECT系统中数据采集控制的方法，具有速度高、可在系统编程、电路简单、容易扩展等特点。关键词:电容层析成像两相流在编程复杂可编程逻辑器件DesignofECTC1SystemBasedonCPLDWuzhiwangLupeiLiuchengche

2、n(TianjinUniversityofScienceandTechnologyTianjin300222China)Abstract:TheresearchofECT(ElectricalCapacitanceTomography)onthemeasurementofparametersofflowtypeandphasesdistributionoftwo-phaseflowormultiphaseflowhasbeenwelldeveloped，andgreatachievementshavebeenmade.Onenewco

3、ntrolmethodondataacquisitionhasbeenintroducedbasedonCPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)inthispaper，whichhavegoodcharacteristicsofhighspeed，niceISP(InSystemProgrammable),simplecircuitandeasyexpansion·Keywords:ECT,Two-phaseflow,ISP,CPLD.1之1性纷人廿居军1两相流/多相流是一种广泛存在的混合流动模式，如石

4、油工业中的油气两相流、化学工业中流化床反应装置中的气固两相流等。随着现代工业自动化生产水平的不断提高，对两相流参数进行测量的需求也越来超迫切，各种新的检测技术与手段应运而生，过程层析成像技术PT(ProcessTomography)就是典型的代表。PT技术的出现将两相流参数检测方法从传统局部空间的单点测量方式，发展成为对过程参数在二维/三维空间上分布状况的在线、实时测量，大大提高了人们对生产过程中信息的获取和分析能力。经过近二十年的理论研究和工业应用，过程层析成像技术应用于两相流参数检测已经取得了初步的研究成果，而电容法过程层析成像E

5、CT(ElectricalCapacitanceTomography)因具有设备简单、价格便宜、响应速度快、安全性能好、应用广泛等优点，被认为是过程层析成像技术研究和发展的主流。目前，国内外有许多科研机构从事电容层析成像技术方面的研究与开发工作，并取得了显著的研究成果〔1-3]0数据采集控制系统是ECT系统中的关键部分，它将采集到的电容值经过C/V转换、滤波、放大后再经A/D转化为数字量并传送给图像重建计算机。当前主要存在着采集速度慢、不易扩展等问题。CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)，即复杂可编

6、程逻辑器件，具有速度高、可在系统编程、规模大、成本低、设计简单等优点，可以极大地提升系统性能、提高设计灵活性、缩短研制周期、降低设计成本，已经广泛的应用在通信、网络、计算机以及自动控制等电子系统中。电子测量与仪器学报2004年增刊本文提出了一种利用CPLD器件对ECT的数据采集系统进行控制的新方法，经测试，该方法提高了数据采集的速度，且具有可在系统编程、结构紧凑、电路简单、容易扩展等特点。2电容层析成像技术电容层析成像ECT(ElectricalCapacitanceTomography)系统主要由电容传感器、数据采集控制系统和图像重

7、建计算机等三部分组成(如图1所示)。电容传感器主要由绝缘管道、管道外壁上均匀粘贴的铜膜电极和屏蔽罩三部分组成;数据采集控制系统将采集到的电电容值经过滤波等处理后转化为数字量并容传送给图像重建计算机;而图像重建计算机传感则依据一定的图像重建算法完成图像重建器并显示。电容层析成像技术是通过检测其所测物场内多相流体的介电常数的微小变化来图1ECT系统框图监测该多相流体的流动过程。设各相组分浓度分别为C1,C2,""",Cn，介电常数分别为“，，E2,⋯，C。，则可认为该多相流等价介电常数为:e=c,￡1+C2￡2+...+CnEn当各相组分

8、浓度发生变化时，将引起混合流体的等价介电常数发生变化，从而引起检测电极间的电容值发生变化。采用阵列式电容传感器，各电极之间相互组合的多个电容测量值便可反映多相流体在管道截面上的各相组分分布情况;以这些电容测量值作为投影数