使用LSI电容电压转换器的ECT系统

摘要

多相流参数检测是一个急待发展的探索研究领域，近十多年来迅速发展起来的过程层析成像技术在解决多相流检测问题上有很大的潜力和广阔的工业应用前景。电容层析成像技术以其成本低、响应速度快、结构简单、适用范围广、非侵入式、安全性能好等优点，成为过程层析成像技术的主流和研究热点，但离实际应用尚有很大距离，因此有待进一步研究和发展。 在充分学习电容层析成像的工作原理、系统组成和电容层析成像系统独特的优点及其应用的基础上，以16极板电容层析成像系统为研究背景，开发了ECL系统实验装置。系统采用以单片机为核心的ECT数据采集系统，提高了数据采集和处理速度，可方便、快速地与上位机实时通信，同时完成了相应的软硬件设计与调试，为图像重建提供高质量的数据做准备。针对ECT技术中微小电容测量的难点问题，在分析一般电容测量方法的基础上，提出了采用集成化电容/数字转换芯片，在层析成像系统中作为电容测量的元件，从而简化了测量电路，提高了测量精度。 研究适合ECT系统的图像重建算法，使得重建出的图像在具有较高质量的情况下保证图像重建的实时性，是ECT领域的一个重要研究课题。在广泛学习各种反投影算法和迭代算法的基础上，研究正则化算法，采用改进的正则化算法实现ECT图像重建计算，算法结合能量和光滑两种约束条件，使得图像重建过程仅为一矩阵和一向量之相乘，从而大大简化了计算，提高了系统实时性能，并结合类间方差最大来选择阈值的方法对重建图像进行图像分割，最后将这些图像操作使用在开发的ECT实验设备上。

目录

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声明

1.绪论

1.1多相流检测

1.2过程层析成像

1.3电容层析成像技术

1.4 ECT在两相流参数检测中的应用

1.5电容层析成像技术的研究方向

1.6课题的主要内容

2.电容层析成像系统

2.1电容层析成像的数学基础

2.2电容层析成像测量原理

2.3 ECT系统的特点

2.4 ECT成像系统的组成

2.4.1传感器系统

2.4.2数据采集系统

2.4.3成像系统

3.ECT系统数据采集电路

3.1一般ECT系统电容测量方法

3.2使用AD7745/AD7746测量电容

3.2.1 AD7745/AD7746概述

3.2.2 AD7745/AD7746测量电路

3.2.3 I2C总线

3.2.4AD7745使用注意事项

3.2.5 C-V电路的性能测试

3.3多路选择开关控制电路

4.系统软件设计

4.1下位机程序

4.1.1下位机主程序

4.1.2 AD7745寄存器概述

4.1.3测量及数据采集子程序

4.2上位机程序设计

4.2.1通讯模块的设计

4.2.2成像模块设计

5.ECT系统成像算法的研究

5.1线性反投影(LBP)法

5.2迭代算法

5.3正则化算法

5.3.1最小二乘法

5.3.2最小二乘法使用方案

5.3.3图像分割

5.4仿真与实验结果分析

6.结论

参考文献

附录

在学研究成果

致谢