新型电感耦合及数字滤波的ECT系统
发布时间：2021-11-26 02:33
电容层析成像技术（Electrical Capacitance Tomography,简记ECT）本质上是一种依据电容具有敏感机理的原理来测量状态空间内介电常数分布的过程层析成像技术。ECT系统具有非入侵、响应速度快、成本低等优点,可提供封闭管道及容器内部的可视化信息。从长远角度来看,此技术拥有良好的开发潜力和较为广泛的应用前景。然而在ECT系统测量的精确性方面还存在有很大的改善余地。本研究针对ECT系统数据测量精确性的不足,通过对数据采集系统结构与工作原理的分析研究,提出了一种新型电感耦合及数字滤波的ECT系统。该系统包括有交流激励信号放大电路、可调式变压电路、电容/电压（C/V）转换电路、增益可编程放大电路、相敏解调电路、滤波电路和参考信号放大电路。该系统通过控制正弦交流电压来产生激励信号,在极板电容信号进入C/V转换电路前,通过带特制的微型变压器的电感耦合电路对信号进行静电与噪声抑制,信号经过可编程放大电路、相敏解调电路及滤波电路完成对信号的放大、解调与滤波的工作。最后通过实验仿真分析得出本设计提高了 ECT系统的测量精确度。
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：49 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１?８个电极的ＥＣＴ系统工作原理示意图??
映被测电容变化的直流分量和交流分量，其中所得的解调信号是－个频率与激励??信号相同的正弦波经过移相后输出的信号。最后，己解调的信号通过滤波电路进??行滤波，滤除由解调路输出的交流电压，保留了直流电压。系统框图如图３－１所??示：??交流激励?？激励放大?？模拟极板?？变压器电路??滤波?＾?？相敏解调＾??増益可调放大＾?ｃ／ｖ转换电路???参考信号??图３－１?ＥＣＴ电容数据测量系统的工作流程图??３．３硬件方案论述??由上面的叙述可知，本研究的新型电感耦合及数字滤波的ＥＣＴ系统的硬件??电路主要是由交流激励信号放大电路，可调式变压电路，Ｃ／Ｖ转换电路，增益可??编程放大电路，相敏解调电路，滤波电路和参考信号放大电路组成的。其中，应??用到的主要电子元件有：交流激励信号放大电路中的高压放大器ＯＰ２８５，可调式??变压电路中的特制的可调节匝数比的变压器，Ｃ／Ｖ转换电路中的可编程式的单刀??双掷开关ＡＤＧ１２１９，参考信号放大电路用的ＡＤ８２７运算放大器，增益可编程放??大电路中的放大器ＡＤ８２５０和相敏解调电路中的乘法器ＡＤ５３４。下面将分别阐??述这些元件的性能优势。??３．３．１激励信号放大器??信号源给整个测量电路提供了交流信号，因此，在此信号源的交流小信号正??式进入测量电路作为被测电容的激励来源之前
因为静电一般可看作是直流电，经过此变压器后，此静电被变压器绕组的低??电阻短路。因此，这就可显出在理论上此变压器可通过电感耦合的方式实现了其??电路有抗静电干扰的功能。此变压器的结构示意图与其实物图分别如下图３－２和??图?３－３：??屏蔽层??Ｖ?Ｖ??２铁芯?３??俯视图（变压器）??图３－２变压器示意图（针脚朝下的俯视图）??＃｜??图３－３变压器实物图（针脚朝上的俯视图）??其内部结构的设计参数有：初级线圈部分为引脚１到引脚２：?０．０８ｘ５６０Ｔ，Ｔ??表示的是绕线的匝数，其中，各绕线之间层层绝缘；次级线圈部分为引脚４到引??脚５再到引脚６最后到引脚３：?０．０８ｘ（１００Ｔ?＋?１８０Ｔ?＋?２８０Ｔ），绕线之间也层层绝缘；??屏蔽层是宽度为〇．８ｃｍ的铜箔，不短路且其连接在引脚ａ上。??１５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型的三维ECT传感器及三维图像重建方法[J]. 陈德运,高明,宋蕾,林甲楠,于晓洋. 仪器仪表学报. 2014(05)
[2]压缩感知在电容层析成像流型辨识中的应用[J]. 吴新杰,黄国兴,王静文. 光学精密工程. 2013(04)
[3]一个基于1范数的电容层析成像图像重建迭代算法[J]. 雷兢,刘石,李志宏. 仪器仪表学报. 2008(07)
[4]电容层析成像图像重建的新型在线迭代法[J]. 董向元,郭淑青,刘石. 石油化工高等学校学报. 2008(02)
[5]基于电容层析成像和LS-SVM的空隙率测量[J]. 彭珍瑞,王保良,黄志尧,李海青. 浙江大学学报(工学版). 2007(06)
[6]哈特曼装置上粉尘浓度的测量[J]. 李新光,董洪光,S.Radandt. 东北大学学报(自然科学版). 2007(04)
[7]基于DSP的数字化电容层析成像系统[J]. 马敏,王化祥,田莉敏. 传感技术学报. 2006(03)
[8]基于ECT传感器和模式识别的气液两相流空隙率测量新方法研究[J]. 王雷,冀海峰,黄志尧,李海青. 仪器仪表学报. 2005(06)
[9]电容层析成像系统传感器敏感特性分析及比较[J]. 陈德运,郑贵滨,于晓洋,孙立镌. 宇航学报. 2005(03)
[10]流化床锅炉热烟气点火过程的离散颗粒模拟[J]. 刘安源,刘石,马玉峰,宗承云. 中国电机工程学报. 2005(03)
本文编号：3519245
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：49 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１?８个电极的ＥＣＴ系统工作原理示意图??
映被测电容变化的直流分量和交流分量，其中所得的解调信号是－个频率与激励??信号相同的正弦波经过移相后输出的信号。最后，己解调的信号通过滤波电路进??行滤波，滤除由解调路输出的交流电压，保留了直流电压。系统框图如图３－１所??示：??交流激励?？激励放大?？模拟极板?？变压器电路??滤波?＾?？相敏解调＾??増益可调放大＾?ｃ／ｖ转换电路???参考信号??图３－１?ＥＣＴ电容数据测量系统的工作流程图??３．３硬件方案论述??由上面的叙述可知，本研究的新型电感耦合及数字滤波的ＥＣＴ系统的硬件??电路主要是由交流激励信号放大电路，可调式变压电路，Ｃ／Ｖ转换电路，增益可??编程放大电路，相敏解调电路，滤波电路和参考信号放大电路组成的。其中，应??用到的主要电子元件有：交流激励信号放大电路中的高压放大器ＯＰ２８５，可调式??变压电路中的特制的可调节匝数比的变压器，Ｃ／Ｖ转换电路中的可编程式的单刀??双掷开关ＡＤＧ１２１９，参考信号放大电路用的ＡＤ８２７运算放大器，增益可编程放??大电路中的放大器ＡＤ８２５０和相敏解调电路中的乘法器ＡＤ５３４。下面将分别阐??述这些元件的性能优势。??３．３．１激励信号放大器??信号源给整个测量电路提供了交流信号，因此，在此信号源的交流小信号正??式进入测量电路作为被测电容的激励来源之前
因为静电一般可看作是直流电，经过此变压器后，此静电被变压器绕组的低??电阻短路。因此，这就可显出在理论上此变压器可通过电感耦合的方式实现了其??电路有抗静电干扰的功能。此变压器的结构示意图与其实物图分别如下图３－２和??图?３－３：??屏蔽层??Ｖ?Ｖ??２铁芯?３??俯视图（变压器）??图３－２变压器示意图（针脚朝下的俯视图）??＃｜??图３－３变压器实物图（针脚朝上的俯视图）??其内部结构的设计参数有：初级线圈部分为引脚１到引脚２：?０．０８ｘ５６０Ｔ，Ｔ??表示的是绕线的匝数，其中，各绕线之间层层绝缘；次级线圈部分为引脚４到引??脚５再到引脚６最后到引脚３：?０．０８ｘ（１００Ｔ?＋?１８０Ｔ?＋?２８０Ｔ），绕线之间也层层绝缘；??屏蔽层是宽度为〇．８ｃｍ的铜箔，不短路且其连接在引脚ａ上。??１５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型的三维ECT传感器及三维图像重建方法[J]. 陈德运,高明,宋蕾,林甲楠,于晓洋. 仪器仪表学报. 2014(05)
[2]压缩感知在电容层析成像流型辨识中的应用[J]. 吴新杰,黄国兴,王静文. 光学精密工程. 2013(04)
[3]一个基于1范数的电容层析成像图像重建迭代算法[J]. 雷兢,刘石,李志宏. 仪器仪表学报. 2008(07)
[4]电容层析成像图像重建的新型在线迭代法[J]. 董向元,郭淑青,刘石. 石油化工高等学校学报. 2008(02)
[5]基于电容层析成像和LS-SVM的空隙率测量[J]. 彭珍瑞,王保良,黄志尧,李海青. 浙江大学学报(工学版). 2007(06)
[6]哈特曼装置上粉尘浓度的测量[J]. 李新光,董洪光,S.Radandt. 东北大学学报(自然科学版). 2007(04)
[7]基于DSP的数字化电容层析成像系统[J]. 马敏,王化祥,田莉敏. 传感技术学报. 2006(03)
[8]基于ECT传感器和模式识别的气液两相流空隙率测量新方法研究[J]. 王雷,冀海峰,黄志尧,李海青. 仪器仪表学报. 2005(06)
[9]电容层析成像系统传感器敏感特性分析及比较[J]. 陈德运,郑贵滨,于晓洋,孙立镌. 宇航学报. 2005(03)
[10]流化床锅炉热烟气点火过程的离散颗粒模拟[J]. 刘安源,刘石,马玉峰,宗承云. 中国电机工程学报. 2005(03)
本文编号：3519245
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