新型电容耦合电阻层析成像系统的研究

摘要

电阻层析成像技术具有结构简单、成本低廉、可视化和非侵入性等特点，是目前电学层析成像技术的研究热点之一。电容耦合电阻层析成像技术（CCERT）将电容耦合非接触电导检测技术与电阻层析成像技术相结合实现了非接触式测量，避免了因传感器电极与被测液体直接接触而带来的电化学腐蚀、电极极化等问题，拓宽了电阻层析成像技术的应用领域。但是现有的CCERT系统采用的是模拟相敏解调技术，成为制约系统数据采集速度和测量精度的重要因素。
　　本文针对该问题，在前人工作基础上，对基于数字相敏解调的CCERT系统进行了研究，成功实现了系统样机的在线运行，提高了数据采集系统的测量精度和采集速度，并初步探索了将该系统用于水平管道气水两相流动态成像的可行性。
　　本文的主要工作和创新点如下:
　　(1)将数字相敏解调技术应用到CCERT系统中，完成了整个系统的硬件电路调试和下位机软件编写，成功实现了系统样机的在线运行。
　　(2)对系统样机的实时性、测量精度和在线成像效果进行了测试与优化，测试结果表明该系统与模拟系统相比，数据采集速度和测量精度都有较大提高，并且具有较好的成像效果，为该技术的深入研究打下了较好的基础。
　　(3)利用研制的系统样机在实验室的多相流测试装置上进行了基于CCERT原理的气水两相流的动态成像实验。首先，验证了该样机在新设计的传感器上进行模拟流型静态成像的可行性，然后搭建了一套水平管道气水两相流动态成像实验装置，最后进行了动态成像实验。实验结果表明，该系统样机在泡状流和层状流下能够实时动态成像。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 两相流概述

1．2 过程层析成像技术概述

1．3 电容耦合非接触电导检测技术简介

1．4 本文的主要研究工作

1．5 本章小结

第二章 文献综述

2．1 ERT技术综述

2．1．1 ERT技术的发展历程和研究现状

2．1．2 ERT技术的基本原理

2．1．3 ERT数据采集模式

2．2 C4D技术综述

2．2．1 C4D技术基本原理

2．2．2 C4D系统构成

2．2．3 C4D技术的发展与应用

2．3 CCERT技术综述

2．3．1 CCERT基本原理

2．3．2 CCERT技术研究现状

2．4 相敏解调技术综述

2．4．1 模拟相敏解调技术

2．4．2 数字相敏解调技术

2．5 本章小结

第三章 基于DPSD的CCERT系统设计

3．1 基于DPSD的CCERT测量原理

3．2 基于DPSD的CCERT系统总体架构

3．3 传感器阵列

3．4 系统硬件设计

3．4．1 激励与检测模块

3．4．2 正弦激励模块

3．4．3 数据采样模块

3．4．4 采样控制模块

3．4．5 数字相敏解调模块

3．4．6 USB通讯模块

3．5 系统软件设计

3．5．1 主程序设计

3．5．2 正弦激励信号源配置程序

3．5．3 采样控制程序

3．5．4 数据采集程序

3．6 本章小结

第四章 系统性能分析

4．1 基于DPSD的CCERT系统实验装置描述

4．2 实时性分析

4．3 测量精度测试

4．3．1 测量数据的重复性

4．3．2 测量精度分析

4．4 在线成像效果

4．5 CCERT图像重建算法研究

4．6 本章小结

第五章 基于DPSD的CCERT系统气水两相流动态成像实验研究

5．1 引言

5．2 基于DPSD的CCERT系统模拟流型静态成像实验

5．2．1 传感器阵列设计

5．2．2 模拟流型静态成像

5．3 基于DPSD的CCERT系统气水两相流动态成像实验

5．3．1 动态成像实验装置介绍

5．3．2 动态成像实验结果

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

作者简介