电阻层析成像系统的设计.pdf

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1、U1D第5期孕强习1眠硒InstrumentTechniqueandSensorNO．5电阻层析成像系统的设计袁全，杨道业，金月娇(南京工业大学电气工程与控制科学学院。江苏南京211816)摘要：针对传统的电阻层析成像系统存在的精度低、稳定度差、动态响应慢的问题，设计了一种新型的ERT测量系统。主要从硬件电路设计及微弱信号处理着手，提出了解决方案。硬件部分主要设计了激励信号源、电流源电路、电极选通逻辑控制电路、程控放大、乘法解调、低通滤波等功能电路，实现了对ERT微弱信号的调理。以STM32F4作为主控芯片。采用模数转换器AD7606实现了数据采集，提高数据采集系统硬件电路的性能，提高系统

2、的稳定性、实时性和数据精度。关键词：ERT；多相流；激励信号源；信号调理中图分类号：TP934文献标识码：A文章编号：1002-1841(2016)05-0044-03DesignofElectricalResistanceTomographySystemYUANQuan，YANGDao-ye，JINYue-jiao(InstituteofElectricalEngineeringandControlScience，NanJingUniversityofTechnology，Nanjing211816，China)Abstract：Forthepresenceoftheconvention

3、alelectricalresistancetomographysystemaccuracyislow，thestabilityispoor，thedynamicresponseisslow．anewtypeofERTmeasurementsystemwasdesigned．HardwarecircuitWasanalyzedandweaksignalprocessingwasdoneinordertosolvethesesproblems．Hardwaremainlyincludedtheexcitationsignalsource，acurrentsourcecir-cult，elec

4、trodegatinglogiccontrolcircuit，aprogrammableamplification，multiplicationdemodulatorandlow—passfilteringfunctioncircuittosolvetheERTweaksignalconditioning．ThroughadoptingSTM32F4asthemainchipofelectricalresistancetomographysystem，dataacquisitionwasrealizedbyusingadistalconve~erAD7606，whichimprovedth

5、eperformanceofthehardwarecircuitofdataacquisitionsystem，improvingthestability，real—timeperformanceanddataaccuracyofthesystem．Keyword：ERT；muhiphaseflow；excitationsignalsource；signalconditioner0引言阻率分布的测量矩阵，利用该矩阵，通过反演算法，反演出管道电阻层析成像ERT(ElectricalResistanceTomo-graphy)是内各相物质的分布图像。一种非常有潜力的两相流／多相流检测技术，可实

6、现对封闭的激励测量旋转——、、管道或容器设备内部多相流物质参数的可视化测量，具有广阔的应用前景¨]。它的物理基础是基于不同的媒介具有不同的电导率．因而判断出敏感场内物体的电导率分布便可推知该场中媒介的分布情况。适用于液一气混合或液一固混合场的信息测量，具有信息量大、非侵入性、成本低、安全性好等特点，可以实现对被测物场分布的在线或离线成像，是一种新型的检测电压手段。1电阻层析成像测量原理电流激励』基于电学敏感原理，在测试场边界放置电极阵列，采用一定的方式在电极上施加激励信号，同时测量其他电极处的信图1ERT系统相邻激励和相邻测量方式号．采用一定的成像算法完成对测试场内电导率分布的二2电阻层析

7、成像系统的整体结构三维重建图像。l6电极ERT系统一般采用相邻激励与相邻测ERT系统整体结构如图2所示。ERT系统通常由4个主量工作模式3]．如图1所示，其工作过程是以其中一对相邻电要部分构成。激励信号产生和恒流源电路；传感器电极陈列控极作为激励电极，注入恒定激励电流建立敏感场，按照一定旋制激励和测量电极的选通；数据的采集和处理，主要是微弱信转方向依次测量除激励电极外的相邻电极间电势差，获取电压号的调理包括前置差分放大和