气固两相流ECT数据采集系统

发布时间：2017-10-06 09:24

  本文关键词：气固两相流ECT数据采集系统

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【摘要】：ECT(Electrical Capacitance Tomography)是工业过程中参数可视化检测领域的一种高新技术,依靠测量绝缘管道极板电容传感器上电容值的变化,通过图像重建算法呈现非导电物质在绝缘管道中位置分布和运动情况等信息,监控管道中各物质状态。特别是在石油、化工、天然气等管道传输中的两相流监控领域有着广泛应用前景。ECT数据采集系统在整个ECT系统中处于关键地位,其抗干扰能力的强弱、采集速度的快慢、测量精度的高低等性能直接关系着成像质量的好坏。因此,深入开展ECT数据采集系统研究有着重要的实际意义和应用价值。本论文针对实际应用中管道内气固两相流的检测问题,采用ECT技术完成了数据采集系统设计,具体的工作内容如下:比较ECT数据采集系统中采用传统分立元件和新型集成芯片的电容测量方法,分析新型集成芯片的CDC(Capacitance to Digital Converter)技术在电容测量方面的优势,提出基于集成芯片Pcap01的气固两相流ECT数据采集系统设计方案。完成基于集成芯片Pcap01的ECT数据采集系统检测电容电路设计、基于ADG412芯片的逻辑开关电路设计、基于STM32芯片的控制电路设计,以及绝缘管道8极板电容传感器的硬件设计。为减少外界干扰,用同轴屏蔽电缆连接逻辑开关电路和管道极板电容传感器,搭建气固两相流ECT数据采集系统实验平台。设计并编写ECT数据采集系统程序,实现对绝缘管道8极板电容传感器循环控制的数据采集和传输。为减少电路中杂散电容的干扰,运用Pcap01电容测试软件设置误差补偿,并进行数字滤波处理。在图像重建方面,通过COMSOL Multiphysics软件对ECT管道建模、网格剖分及灵敏度矩阵求解,并运用MATLAB软件编写共轭梯度法图像重建程序。搭建气固两相流ECT数据采集系统实验平台,完成管道处于空场和气固两相流时的实验,对实验结果进行分析并重建图像,检验本文设计的气固两相流ECT数据采集系统的可行性。
【关键词】：ECT 气固两相流 数据采集 图像重建
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O359;TP274.2
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 课题背景及意义10
• 1.2 国内外研究现状及发展概况10-12
• 1.3 本文主要研究内容12-14
• 第二章 ECT数据采集系统中微小电容测量方法及原理14-20
• 2.1 传统微小电容测量方法及原理14-18
• 2.1.1 充放电法14-15
• 2.1.2 交流法15-16
• 2.1.3 差分采样法16-17
• 2.1.4 磁感应C/V转换法17-18
• 2.2 集成芯片Pcap01的微小电容测量方法及原理18-19
• 2.3 本章小结19-20
• 第三章 基于Pcap01的电容数据采集系统设计20-44
• 3.1 ECT数据采集系统方案设计20-21
• 3.2 硬件设计21-30
• 3.2.1 电容测量芯片Pcap0121-22
• 3.2.2 Pcap01的接线方式22-23
• 3.2.3 测量电容电路设计23-25
• 3.2.4 电极激励方式设计25-26
• 3.2.5 逻辑开关电路设计26-28
• 3.2.6 管道电容传感器设计28-29
• 3.2.7 STM32控制器电路设计29-30
• 3.3 软件设计30-38
• 3.3.1 逻辑开关控制程序设计30
• 3.3.2 Pcap01的配置30-34
• 3.3.3 通信方式的选择34-36
• 3.3.4 STM32控制器程序设计36-38
• 3.4 对电路中各杂散电容的处理38-39
• 3.5 图像重建39-42
• 3.6 本章小结42-44
• 第四章 ECT系统实验及分析44-54
• 4.1 ECT数据采集实验平台44
• 4.2 实验过程44-53
• 4.2.1 实验操作步骤44-47
• 4.2.2 管道空场实验47-49
• 4.2.3 管道处于单圆柱气固两相流时实验49-51
• 4.2.4 管道处于双圆柱气固两相流时实验51-53
• 4.3 实验结果分析53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 总结与展望54-56
• 5.1 总结54
• 5.2 展望54-56
• 参考文献56-60
• 致谢60-62
• 附录62-64
• 附录A62-63
• 附录B63-64

【参考文献】

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本文编号：982013