当前位置:主页 > 科技论文 > 自动化论文 >

基于FPGA的ECT系统设计

发布时间:2018-12-13 05:40
【摘要】:电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography,ECT)技术,是一种通过测量空间介电常数分布来确定介质分布的技术,即通过检测非导电物场内介质分布变化引起的电容值变化,重建被检测的介质分布情况。与其他的检测技术相比,电容层析成像技术有着结构简单、成本较低、适用范围广、非侵入、安全性能好、无污染以及快速的测量响应等优点。随着工业信息化的不断发展,在电力、医学、石油等领域的生产过程中,特别是对两相流或多相流参数的实时在线检测领域,都具有广泛的应用和发展前景。本文研究的是基于现场可编程门阵列(Field programmable gate array,即FPGA)的ECT系统。本系统主要是由传感系统,数据采集系统以及成像计算机组成。传感系统用来将电介质分布转化为各极板对的电容值输出。数据采集系统用来获得不同角度的投影数据,然后通过数字正交解调方式对数据进行处理并传送给成像计算机。数据采集系统主要包含一块数据采集主板和一块数据采集开关板。其中,数据采集主板主要以FPGA为测量核心,以单片机为控制核心。数据采集开关板主要由开关通道选择电路、交流激励型C/V转换电路构成。数据采集开关板背面有8个测量通道,8个接地通道,即一共可测量8个电极板。成像计算机以MATLAB为软件平台,主要用来实现图像重建功能,即采用线性反投影算法(Linear Back Projection,简称LBP),根据采集来的投影数据,重建出传感器管道内的电介质分布情况,并显示在计算机屏幕上。本文主要介绍了电容层析成像技术在国内外的研究动态及发展现状,重点介绍了本系统所用到的关键性电路,即交流激励型C/V转换电路,分析了数字正交相敏解调方案的原理及优点,阐述了基于FPGA测量芯片,单片机控制芯片的数据采集系统的设计过程,并通过系统测试验证了该系统的可行性。最终,通过对系统进行测试,表明了该系统具有集成度高、稳定性好、信噪比高等优点;通过成像测试,表明该成像系统对传感器内部的介质分布可以呈现出相应的可视化图像。
[Abstract]:Capacitance tomography (Electrical Capacitance Tomography,ECT) is a technique to determine the dielectric distribution by measuring the distribution of dielectric constant in space, that is, by detecting the change of capacitance caused by the change of dielectric distribution in the field of non-conductive objects. Reconstruct the media distribution to be detected. Compared with other detection techniques, electrical capacitance tomography has the advantages of simple structure, low cost, wide range of application, non-invasive, good safety performance, no pollution and rapid measurement response. With the continuous development of industrial informatization, it has a wide application and development prospect in the fields of electric power, medicine, petroleum and other fields, especially in the field of real-time on-line detection of two-phase flow or multiphase flow parameters. In this paper, a ECT system based on field programmable gate array (Field programmable gate array,) is studied. The system is mainly composed of sensing system, data acquisition system and imaging computer. The sensor system is used to transform the dielectric distribution into the capacitance output of each plate pair. The data acquisition system is used to obtain the projection data from different angles, and then the data is processed by digital quadrature demodulation and transmitted to the imaging computer. The data acquisition system mainly includes a data acquisition board and a data acquisition switch board. Among them, the main board of data acquisition mainly takes FPGA as the measuring core, and the single chip microcomputer as the control core. The data acquisition switch board is mainly composed of switch channel selection circuit and AC excitation C / V conversion circuit. There are 8 measuring channels and 8 grounding channels on the back of the data acquisition switch board, that is, 8 electrode boards can be measured. The imaging computer uses MATLAB as the software platform, which is mainly used to realize the function of image reconstruction, that is, the linear backprojection algorithm (Linear Back Projection, is used to reconstruct the dielectric distribution in the sensor pipeline according to the collected projection data. And displayed on the computer screen. This paper mainly introduces the research trends and development status of capacitance tomography technology at home and abroad, and focuses on the key circuit used in this system, namely AC exciting C / V conversion circuit. This paper analyzes the principle and advantages of the digital quadrature phase sensitive demodulation scheme, expounds the design process of the data acquisition system based on the FPGA measurement chip and the single-chip microcomputer control chip, and verifies the feasibility of the system through the system test. Finally, by testing the system, it shows that the system has the advantages of high integration, good stability and high signal-to-noise ratio. The imaging test shows that the imaging system can present a corresponding visual image to the media distribution inside the sensor.
【学位授予单位】:沈阳工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TP274.2;TN791

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈勃红;压频转换式数据采集系统[J];沈阳大学学报;2003年04期

2 贾湘楠;施工数据采集系统在跨海大桥建设中的应用[J];石家庄铁道学院学报;2005年S1期

3 赵俊红,瞿中;数据采集系统的计数逻辑研究[J];计算机工程与设计;2005年02期

4 郭亮;叶海华;吉海彦;;大气探测器数据采集系统的开发[J];微计算机信息;2006年13期

5 陈睿;王欢;李炳法;文扬;;烟草制造行业中的数据采集系统[J];计算机应用;2007年S1期

6 孙汉明;董静薇;李欣;;掌形识别数据采集系统介绍[J];电子产品世界;2007年11期

7 储跃伟;姚晓东;;汽车电动空调的数据采集系统的研究[J];微计算机信息;2009年26期

8 黄志一;周园春;常青玲;沈志宏;侯元生;阎保平;;可定制移动数据采集系统的研究和实现[J];计算机系统应用;2009年11期

9 彭敏;;基于嵌入式的数据采集系统设计[J];信息技术;2010年09期

10 王永志;林燕;李忠军;;全国矿业权实地核查属性数据采集系统[J];国土资源情报;2010年10期

相关会议论文 前10条

1 刘力强;马瑾;雷兴林;;多通道、高速声发射数据采集系统[A];第四届全国构造物理、第二届全国高温高压联合学术讨论会论文摘要[C];1989年

2 严宗睿;陆勤夫;陈勇;;基于智能设备的海军演习数据采集系统[A];2008年中国高校通信类院系学术研讨会论文集(下册)[C];2009年

3 武东升;郭达永;;卷接包车间数据采集系统现状发展方向和应用的研究[A];河南省烟草学会2008年学术交流获奖论文集(上)[C];2008年

4 张文栋;董海峰;;微型爆破缓冲抗高过载数据采集系统设计[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年

5 冯莉;曹宁翔;梁川;;基于以太网的示波器数据采集系统[A];中国仪器仪表学会第十一届青年学术会议论文集[C];2009年

6 袁晴晴;周皓峰;陈宇达;施伯乐;;一个基于系统重建思想的数据采集系统的设计与实现[A];第十八届全国数据库学术会议论文集(技术报告篇)[C];2001年

7 柴春生;;线性拟合在数据采集系统中的应用[A];2011航空试验测试技术学术交流会论文集[C];2010年

8 袁学文;谢川林;高学燕;季云松;关有光;何均章;傅淑珍;周山;;384单元强快靶高集成度数据采集系统的设计与研制[A];中国工程物理研究院科技年报(2003)[C];2003年

9 王万东;张伟;王洋;;出租车税务数据采集系统在税收征管工作中的应用[A];第十八届中国(天津)’2004IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集[C];2004年

10 李万昌;王翔;黎源;;数据采集系统的构建及软件编制[A];2004全国测控、计量与仪器仪表学术年会论文集(下册)[C];2004年

相关重要报纸文章 前10条

1 王志田邋通讯员 唐皖君;数据采集系统在大庆采八全面启用[N];中国石油报;2007年

2 记者 郑欣;福建移动 水文数据采集系统服务防旱[N];人民邮电;2009年

3 鲁总;山东总队启用农价手持数据采集系统[N];中国信息报;2012年

4 王战芹;中钢邢机自行研制“高速数据采集系统”[N];世界金属导报;2008年

5 曹改英 曹红茜;PDA雨量数据采集系统的研制及应用[N];黄河报;2008年

6 焦克强;邢钢开发线材轧制生产线DCS数据采集系统[N];中国冶金报;2007年

7 ;iPAQ条码数据采集系统[N];计算机世界;2002年

8 记者 陈青 何晓龙;西仪总厂井间地震装备研制取得突破 井下多级数据采集系统使用效果显著[N];中国石油报;2002年

9 记者 程瑞云 通讯员 陆阳;通钢能源网络系统实现预定功能目标[N];中国冶金报;2007年

10 北京 蔡德聪 孙宇瑞;BS2系列微功耗数据采集系统[N];电子报;2001年

相关博士学位论文 前4条

1 田楷云;地球物理勘探设备中数据采集部分若干关键技术研究[D];中国科学技术大学;2015年

2 向冬;基于CC的工业数据采集系统开发方法研究[D];西北工业大学;2006年

3 赵志刚;大面积高分辨率数字X射线探测器关键技术的研究[D];华中科技大学;2010年

4 刘列峰;一种可扩展的大规模地球物理勘探数据采集系统研究[D];中国科学技术大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 范昊;小型水质数据采集系统及改进的kNN预警算法研究[D];浙江大学;2015年

2 候彬彬;存储式井下数据采集系统设计[D];西安石油大学;2015年

3 付敏;基于分布式光纤振动传感的采集系统分析[D];复旦大学;2014年

4 聂小伟;基于ARM与GPRS的油烟机数据采集系统的设计与实现[D];华中师范大学;2015年

5 王s,

本文编号:2375989


资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/2375989.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户40946***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com