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一种新型的电容层析成像探测器系统研究与设计
刘德华
哈尔滨理工大学
2016年月 TP316.2
工程硕士学位论文
一种新型的电容层析成像探测器系统研究与设计
硕士研究生:刘德华导师:李兰副导师:
刘华申请学位级别:工程硕士工程领域:计算机技术所在单位:潍坊工商职业学院答辩日期:2016年6月授予学位单位:哈尔滨理工大学 ClassifiedIndex:TP316.2
DissertationfortheMasterDegreeinEngineering
ResearchandDesignofaNewElectricalCapacitanceTomographyDetectorSystem
Candidate:Supervisor:ViceSupervisor:AcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ComputerTechnologyDateofOralExamination:,2016University:HarbinUniversityofScienceandTechnology保密,在年解密后适用授权书.
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作者签名:日期:年月日
导师签名:日期:年月日
一种新型的电容层析成像探测器系统研究与设计
摘 要
电容层析成像技术(ECT)是一项基于电容敏感原理的过程层析成像技术.
关 键 词,现场可编程门阵列,, 目录
摘 要I
第1章绪论1
1.1课题研究的背景和意义1
1.2电容层析成像技术的研究现状与展望2
1.2.1国外研究现状与应用2
1.2.2国内研究现状与应用4
1.2.3发展展望5
1.3课题的来源及研究内容6
1.3.1课题来源6
1.3.2课题的主要研究内容6
第2章相关技术概述8
2.1电容层析成像技术的原理与组成8
2.1.1电容传感器系统9
2.1.2数据测量与采集系统11
2.1.3成像系统11
2.2现场可编程门阵列12
2.2.1FPGA工作原理12
2.2.2FPGA的基本结构13
2.2.3FPGA开发流程16
2.3本章小结18
第3章ECT系统多电极激励方法分析与研究19
3.1引言19
3.2电容层析成像技术微电容测量原理19
3.3ECT三电极激励方法研究22
3.4不同电极激励方式的灵敏场仿真与分析24
3.4.1单电极激励下的仿真计算25
3.4.2三电极激励下的仿真计算26
3.4.3不同电极激励方式下的仿真计算27
3.5本章小结28
第4章基于FPGA的ECT探测器系统研究与设计29
4.1ECT探测器系统总体概述29
4.2影响ECT探测器系统实时性因素30
4.2.1交流电容/电压(C/V)转换电路31
4.2.2相敏解调电路32
4.2.3ECT测量系统各环节所用时间33
4.3基于FPGA的改进型数据测量与采集系统34
4.3.1基于FPGA的信号发生器设计35
4.3.2传感器极板控制电路设计37
4.3.3数字解调电路设计40
4.4ECT探测器系统整体设计43
4.5本章小结44
第5章仿真及实验结果分析46
5.1基于三电极激励双电极检测的C/V转换电路线性度实验46
5.2静态电容测量实验48
5.3基于FPGA数字解调系统性能分析50
5.4本章小结52
结论53
和现场可编程门阵列(FPGA)技术分别进行了极为细致的阐述等.ECT系统多电极激励方法分析与研究
引言
由于ECT图像的重建是以有限数量的检测数据来求解的问题,因此在电容测量时即使出现一个很微小的误差也会对图像重建造成很烦.等
电容层析成像技术微电容测量原理
ECT探测器中的多电极电容传感器的构成是在传感器绝缘管壁外侧的圆周固定安放着紫铜薄片作为电极等.
依据电磁场的相关理论知识可知,可用下面的麦克斯韦方程对任意的电磁场进行表示:
(3-1)
式3-1中:为电位移,为电荷密度.
针对同一样的介质,电场和磁场之间的各个物理量之间还有以下的关系:
(3-2)
(3-3)
在式3-2,3-3中:表示相对介电常数,表示电位,表示电场强度.
等
不同电极激励方式的灵敏场仿真与分析
参照以往的ECT仿真实验情况,本实验也采用的实验分析方法,选用作为实验的仿真平台对着两种不同的电极激励方式进行仿真实验.
等.
单电极激励下的仿真计算
在理想化的条件下二项介质混合物沿传感器轴向是均衡的,本实验在系统仿真实验平台进行工作,将相关数据输入到仿真系统中计算.首先在理想化的空场条件下进行实验,如图3-3,3-4,图中展示的是,在单电极激励条件下1-2电极对和1-9电极对测得的电场强度值和电位值.在两幅图中左边的是电场强度值,右边的是电位值.等
三电极激励下的仿真计算
在三电极激励电极检测的方式下引入进来来评价灵敏匀性,如公式:
(3-19)
最后,将软件计算出来的数据输入到实验平台进行数据计算.由公式(3-19)可以知道,这个值的绝对值越小的话ECT电容传感器电极对之间的越是均匀.表(3-1),(3-2)为软件计算出来的结果.从这两个表可以看出来,与计算的结果相比较,灵敏场的分布要更加均匀.灵敏度的最高值由原来的81.0076降低到目前的35.8702,灵敏度的最低值由原来的-3.5096升至目前的-2.4110,的最由原来的84.5982降低到目前的38.2816.根据以上所得到的数据进行比较,在具体应用时,采用的方法可使系统检测精度更准确一些.
等
等
表3-1单电极激励灵敏场评价指标值Table3-1Evaluationindexvalueofsensitivityundersingleincentiveelectrode
参数MaxMinμ电极对1-281.0076-3.590684.5982电极对1-6.7420-1.50698.2489续表(3-1)
电极对1-6.7420-1.50698.2489电极对1-6.7420-1.50698.2489本章小结
ECT技术图像重建利用测量出来的电容值远远小于被测图像的像素数目,逆向问题的求解是典型的等.
基于FPGA的ECT探测器系统研究与设计
ECT探测器系统总体概述
现阶段等.
影响ECT探测器系统实时性因素
现阶段ECT探测器主要采用的微小电容测量电路按照检测原理来分类主要分为四种等.
交流电容/电压(C/V)转换电路
ECT探测器系统的交流C/V转换电路运用电压进行激励,电流进行测量的方法,等.
相敏解调电路
在ECT探测器系统中,等.
基于FPGA的改进型数据测量与采集系统
从上一节分析的内容可以知道,等.
ECT探测器系统整体设计
在进行ECT探测器的设计时,等.
本章小结
本章针对采用模拟解调与滤波等.
仿真及实验结果分析
在前面的章节里,详细地分析了ECT和FPGA的组成和工作原理,等.
基于三电极激励双电极检测的C/V转换电路线性度实验
所谓C/V转换电路线性度就是指电路输入的电容值与输出的电压值之间的实际关系曲线与理想化的直线之间的偏离程度,等.结果如表5-1所示.
表5-1实验测量电容值
电容值(pF)理论电压值(V)对应测量输出电压(V)第一次第二次第三次第四次0.50.250.25030.25010.25090.249910.50.50080.50060.50010.5003211.00021.00010.99931.000831.51.50021.50011.50071.500150.6250.62550.62480.62510.624960.750.75070.74980.75010.7506811.00011.00031.00090.9997101.251.25031.25051.24991.2506121.51.49961.50021.50011.5007等.
静态电容测量实验
电容传感器结构参数主要包括,
电容层析成像技术(ECT)从上个世纪80年怎么发表展至今,等.
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