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组合式电容成象传感器及交流同步数据采集系统研究

作　者: 苗利
导　师: 刘存
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 电容层析成象电容传感器图象重建锁相技术同步检波
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
下　载: 96次
引　用: 1次
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内容摘要

近十几年发展起来的过程层析成象(PT)技术在两相流／多相流流动参数分布状况的测量方面取得了一定的进展，有可能成为解决两相流参数检测的有效手段，具有很大的潜力和广阔的工业应用前景。电容层析成象技术(ECT)是过程层析成象技术中首先发展起来的，它具有系统成本低，成象速度快，适用范围广，非侵入式等优点，在PT中很有优势。因此，研究了一个交流检测组合式ECT系统。 1．在分析了电容传感器的结构特点之后，对传感器结构尺寸进行仿真计算，建立新型的16极板组合浮置式电容传感器。此传感器的提出使16极板电容传感器的被测电容增加，有利于信号的检测，降低了数据采集的要求。投影数据为104个，有利于提高图象重建的质量。 2．用可编程大规模芯片ispLSI 1032对系统的数字电路进行了集成化设计，达到既简化电路设计又提高系统稳定性、可靠性的目的。 3．开发了ECT系统实验装置。采用交流激励、软件实时补偿的方法提高了系统的稳定性。 4．数据采集系统采用锁相技术、同步检波的原理，降低了整个系统的成本，提高了灵敏度，并使得载波信号与调制信号完全达到同步。PCL-812PG采集卡的使用缩短了系统的开发时间，提高了系统的可靠性。 5．采用Visual Basic为编程语言对数据进行处理、发送与存储，使处理的数据能够直观的显示出来。 6．利用实验测得的数据通过线性反投影(LBP)法进行图象重建，进而验证了整个实验装置的可靠性，实现了在线实时测量。 7．最后对整个系统性能指标进行了评估，通过实验数据计算了系统的灵敏度与线性度，达到了预期的效果。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-11
1 绪论  11-17
  1.1 过程层析成象的发展历程  11-12
  1.2 过程层析成象的特点、用途和构成  12-15
  1.3 过程层析成象技术的研究现状  15-16
  1.4 本课题研究内容  16-17
2 过程层析成象原理与检测系统的方案的确定  17-22
  2.1 成象测量原理  17-19
  2.2 ECT系统的特点分析  19-20
  2.3 电容层析成象系统组成的确定  20-22
3 阵列电容传感器系统设计  22-30
  3.1 阵列电容传感器结构参数的确定  22-28
    3.1.1 有限元分析软件ANSYS  22-23
    3.1.2 传感器设计的考虑  23-24
    3.1.3 结构参数对电容传感器性能影响的仿真分析  24-27
    3.1.4 ECT传感器结构参数的确定  27-28
  3.2 阵列电容传感器的组合方式的确定  28-30
4 ECT系统硬件设计  30-53
  4.1 微电容检测电路设计  30-32
  4.2 模式选择电路  32-34
  4.3 信号发生器的设计  34-37
  4.4 多路开关电路  37-38
  4.5 箝位电路及锁相环电路  38-42
    4.5.1 锁相环基本原理  39-40
    4.5.2 CD4046的工作原理及参数设计  40-42
  4.6 乘法器  42-47
    4.6.1 MC1496的工作原理  42-45
    4.6.2 MC1496的参数设计  45-47
  4.7 滤波电路  47-49
  4.8 数据采集卡  49
  4.9 传感器测量电路的理论指标  49-52
    4.9.1 分辨率  49-51
    4.9.2 数据采集时间  51-52
  4.10 小结  52-53
5 可编程逻辑芯片的程序设计和功能仿真  53-58
  5.1 VHDL语言  53-54
  5.2 WorkView Office开发软件  54-55
  5.3 系统硬件电路的集成化设计  55-58
6 系统程序设计  58-64
  6.1 电荷注入电容值测量程序的设计  59-60
  6.2 静态电容测量程序的设计  60-61
  6.3 可编程放大器增益值设定程序的设计  61-62
  6.4 主测程序的设计  62-64
7 实验与结果分析及图象重建  64-75
  7.1 线性度与灵敏度实验  64-65
  7.2 空管静态电容标定  65-67
  7.3 耦合电容补偿及电路稳定性分析实验  67-69
  7.4 图象重建算法分析  69-75
    7.4.1 线性反投影(LBP)法  70-71
    7.4.2 图象重建实验  71-75
8 结论与展望  75-77
参考文献  77-81
在学研究成果  81-82
致谢  82

组合式电容成象传感器及交流同步数据采集系统研究

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