电阻层析测量系统数据采集装置的设计

摘要

本文根据电阻层析成像(ERT)技术的相邻测试原理，设计了ERT数据采集系统样机，并对样机进行了测试。它包括以下电路设计：设计了基于直接数字合成(DDS)技术的幅度、频率可以数字控制的激励源，通过增加反馈通道提高了传统双运放电压控制电流源(VCCS)电路的带负载能力。利用复杂可编程逻辑器件(CPLD)设计了相邻测量模式的ERT电极选通逻辑控制器，这种设计可以最小化更改硬件设计而实现其他方式的ERT测量。将滤波器置于前置放大电路的反馈通道中，这样不仅去除了电极信号的直流偏置电压，而且避免了在正向通道中直接采用交流耦合引起的相位误差。还设计了程控放大、开关解调、低通滤波等功能电路实现了对ERT微弱信号的调理。采用高速AD转换器实现了数据采集，采集数据稳定度高，最大误差为3LSB。通过USB2.0接口实现了上位机对数据采集装置的控制。编写了基于Visual Basic6.0的数据采集软件，实现了对激励源大小和频率、程控放大器初始增益、采样速率等参数的设置。图像重建算法是COM化的线性反投影(LBP)成像算法，而且该COM模块被集成到了数据采集软件中。论文还给出了16电极ERT测试装胃的实验结果，测试了不同电导率液体下的信号并确定出圆形塑料棒的位置，并对相应结果做了分析。该数据采集装置样机使用方便，可以为今后的研究工作提供数据支持。

目录

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声明

第1章 前言

1.1石油工业多相流的检测

1.1.1石油工业多相流检测的意义

1.1.2石油工业多相流检测的主要技术

1.2电阻层析成像技术

1.2.1电阻层析成像技术发展背景与研究现状

1.2.2电阻层析成像的原理及系统构成

1.2.3电阻层析成像技术关键问题与发展前景

1.3本文研究内容

第2章 电阻层析成像理论基础

2.1电阻层析成像技术的数学物理模型

2.2电阻层析成像技术的正问题与反问题

2.3电阻层析成像技术的微弱信号检测

2.3.1模拟乘法型解调原理

2.3.2开关型解调原理

第3章 电阻层析成像硬件电路设计

3.1激励电流源设计

3.1.1基于直接数字合成(DDS)芯片的正弦电压发生器

3.1.2高截止频率LC平滑滤波器设计

3.1.3电压控制电流源设计

3.1.4激励电流源改进电路及性能测试

3.2电极选通逻辑控制器设计

3.2.1基于CPLD的电极选通逻辑控制器硬件实现

3.2.2电极选通逻辑控制器的功能仿真及测试

3.3信号调理电路设计

3.3.1前置放大滤波电路

3.3.2程控放大电路

3.3.3解调电路

3.4数据采集电路

3.5 USB数据通讯电路

3.6故障监测报警电路

3.7电阻层析成像数据采集系统实时性能分析

3.8数据采集系统主要指标

3.9本章小结

第4章 电阻层析成像程序设计

4.1下位机控制程序

4.2基于VB的上位机控制程序

4.3 USB接口程序

4.4电阻层析成像Matlab源程序库化及其调用

4.4.1线性反投影LBP算法的Matlab库化

4.4.2线性反投影算法的VB调用

第5章 电阻层析成像系统测试

5.1管道模拟装置原始信号测试

5.2数据重复性测试

5.3成像实验

5.3.1不同位置成像实验

5.3.2不同电流激励下的成像实验

5.3.3固定相位开关解调数据测试及成像实验

5.4本章小结

总结与展望

参考文献

致谢