电容电阻双模态成像系统硬件设计

为了降低电容电阻双模态成像系统硬件电路设计的复杂度,实现硬件电路模块设计的可重用性;在详细分析系统硬件功能的基础上,将电容电阻双模态系统分解成信号激励单元、信号检测放大处理单元、数据采集传输单元,模拟解调等模块;利用模块化设计思想构建了以DSP和FPGA为核心的电容电阻双模态成像硬件系统原型,该系统结构紧凑,容易操作;试验结果表明该系统有稳定性好,抗干扰性强等优点,模块化设计方法在电容电阻双模态成像系统硬件电路设计中具有优势.     

双模态电层析成像传感器敏感场电场分析

为了拓宽电学成像技术的适用范围,本文在比较成熟的电容、电阻层析成像技术的基础上,构建了一套安装在同一管道同一截面上的的电容电阻(ECT/ERT)双模态层析成像传感器阵列,进行有限元建模,采用有限元仿真方法分析敏感场的电场特性,为电容电阻双模态成像算法实现及双模态信息融合提供理论依据.     

管路堵塞的电容层析成像可视化监测

利用电容层析成像技术实现粉体输运管路堵塞的可视化检测。介绍了电容层析成像系统中两个关键技术:电容/电压转换电路和图像重建算法。电容/电压转换电路采用交流激励型设计,电路具有较好的转换性能。图像重建算法采用正则化优化修正算法,该算法具有较好的成像质量。实验结果表明,系统能很好的提供管路堵塞状况信息。     

无线数据采集系统中应变片直流电桥设计

论文针对复杂系统无线数据采集电路中电阻应变片直流电桥测量电路存在的问题进行了详细的分析,根据实际系统对灵敏度、功率等要求,合理地对增益电阻和滤波电容进行了选择,提出了一种行之有效的电阻应变片直流电桥无线数据采集测量电路的设计方案.经过测试证明该方案在数据采集系统中稳定、可靠.     

电容过程成像中电容测量方法的比较研究

电容过程成像系统所测量的电容变化量非常微弱,极难检测,且总的杂散电容值又远 大于待测电容, 本文分析了ECT系统中四种微小电容检测电路--带反馈补偿的交流测量电路 ,自平衡电容测量等电路,并比较了它们的优缺点．     

一种提高溶解氧测定响应速度的方法

研究了溶解氧测定仪的响应时间影响因素,提出了一种提高溶解氧测定的响应速度的方法;利用在电流电压转换电路的精密电阻上并联一个储能电容,该电容在测量系统断电之后,能够继续给溶解氧测定的阴极和阳极提供0.2 V左右的极化电压;在溶解氧进行多次测量的时候,测量系统通电之前被测溶液已经有了一个低电压预极化的过程,可以大幅降低0.68 V极化电压对被测溶液的极化时间。测试结果显示,该方法与没有使用储能电容预极化系统相比,响应时间能减少40%。     

平面ECT成像上位机软件设计

平面电容层析成像（Electrical Capacitance Tomography,ECT）技术可以基于电容的边缘效应,通过图像重建的方式,从单一方向实现对复合材料粘接缺陷的可视化检测。平面ECT成像系统主要由平面ECT传感器、电容数据采集器和成像上位机组成。文章主要介绍12极板平面ECT成像系统中成像上位机软件的设计,利用基于C++编程语言的Qt软件平台编写成像上位机软件,通过串口通信从电容数据采集器获取图像重建所需要的投影数据,然后调用一定的图像重建算法将空间介质分布的重建图像显示在界面上,实现了与下位机之间的通信、人机交互和在线成像等功能。     

降压型双桥臂交流开关电容变换器研究

开关电容变换器研究主要集中在对单桥臂试验波形、效率和等效电阻的分析。随着交流场合应用需求的增加,双桥臂ACAC开关电容变换器逐渐发展。由于双桥臂的电路结构、工作过程较复杂,目前对其暂态工作过程的研究甚少。为了提升电路性能,对AC-AC开关电容变换器在低频、高频的工作过程和换向过程进行了深入研究。给出了该变换器的控制驱动方式,并对高频工作过程进行了理论分析。最后通过仿真对该变换器进行了验证。该变换器各功率开关管以及电容的电压应力研究,对于开关电容变换器在双桥臂领域的电路参数选择具有重要的参考价值。开关电容变换器的工作过程和换向规律,为双桥臂开关电容变换器的进一步研究奠定了基础。     

基于局部能量的电容层析成像图像融合方法

针对电容层析成像技术的"软场"效应和病态问题对重建图像精确度的影响,在分析电容层析成像基本原理和成像算法的基础上,提出了一种基于局部能量的电容层析成像图像融合方法。该方法以线性反投影、Landweber和共轭梯度算法作为图像重建的基础,利用各个图像的互补特性,经对重建的图像小波分解后,分别采用基于局部能量和加权平均算子融合规则对分解后图像的高频系数和低频系数进行图像的融合,得到准确度更高的成像结果。仿真实验结果表明,融合后成像精确度得到明显提高,缩小了误差,图像更接近原型,为ECT图像重建的研究提供了一个新的方法。     

基于对焦原理的三维成像方法

传统数字成像技术只能获取目标的二维影像,难以精确描述目标的空间形状和距离信息。介绍了一种通过分析对焦数据来获取目标三维信息的方法。该方法基于光学成像原理,不需要特别的硬件设备,可以方便地通过软件方法在现有数字成像系统中加以实现。     

基于单电极双模态数字化系统设计

由于电阻层析成像(ERT)和电容层析成像(ECT)具有不同的应用范围,为了拓宽测量范围,通常采用ECT和ERT阵列电极组合形成双模态结构。作者在传统ECT传感器研究基础上,提出了一种新颖的单电极双模态传感器结构,并有效消除了两模态的相互影响,实现单模态或双模态运行。本文设计的数字化系统,充分利用FPGA和DSP,实现了全数字正交序列解调,系统的速度和精度都得到了提高。对系统中单电极双模态传感器、激励信号发生模块、电阻/电容转换电路及相敏解调单元等进行了分析。实验表明,该系统工作稳定、使用灵活,明显拓展测量范围。     

电容电阻双模态成像系统的无线数据采集技术

针对传统ECT/ERT成像系统中连接数据采集部分和成像终端的连线复杂、抗干扰能力差等问题,设计了一种基于无线模块nRF24L01进行数据传输的ECT/ERT双模态成像系统;介绍了基于无线传输的ECT/ERT双模态成像系统硬件结构,采用一种简化的基于跳频的无线传输通信协议,该法可以在多台同频干扰机发送的环境下较好地避免采集数据受干扰,并实现每秒50帧数据传输;实验结果表明,采用无线跳频技术可以解决工业现场的干扰,使测量数据准确快速地传输到成像终端。     

Fuzzy clustering based ET image fusion

Electrical tomography (ET) is a technique to visually reconstruct inhomogeneous medium distributions by injecting currents or voltages at the boundary of the medium and measuring the resulted changes in the investigated fields. The ET techniques have been widely used in industrial practices owing to the low cost, rapid response time, non-existent radiation exposure, and non-intrusive characteristics comparing to other tomographic modalities. However, the spatial resolution of ET images using single modality or single-driven patterns (adjacent pattern vs. opposite pattern for imaging reconstruction) is low, which may limit its applications. In this research, the application of fuzzy clustering based fusion techniques for ET imaging is studied. Both multi-modality imaging and multi-driven patterns are of interest. Specifically, two modality images are fused: Electrical Capacitance Tomography (ECT), which performs well for imaging material of large permittivity difference, and Electrical Resistance Tomography (ERT), which is suited for imaging materials having large conductivity differences. The research also explores the fusion of adjacent and opposite patterns for either ECT or ERT modalities. Experiments show that the proposed method can construct high quality ET images by discovering the strong complementary natures of the modalities and/or driven patterns.     

具有高速远程通信功能的工业ERT系统设计

针对多相流远距离可视化测试问题,提出一种具有高速远程通信功能的工业电阻层析成像（ ERT）系统。该系统采用现场单元和主控单元异地光纤高速通信方案,通过光纤收发电路与高速传输协议逻辑设计,实现系统高速远程通信功能。通过现场单元串行采集方案电路设计,使系统结构更加紧凑、可靠性更高。通过现场可编程门阵列（ FPGA）数字化信号处理和异步缓存逻辑设计,使系统远程数据采集更为精确完整。通过测试实验和图像重建,验证所建立系统的性能,系统光纤传输线速率达625 Mbps,误码率低于10－12,测量重复性和成像速率指标满足工业应用需求,系统具备远程可视化测量能力。     

基于多尺度融合的蜂窝复合材料缺陷检测网络

针对航空蜂窝板复合材料外部蒙皮破损导致内部产生泥沙、积水以及裂纹等影响飞行安全的问题,提出采用电容层析成像技术(ECT,electrical capacitance tomography)进行蜂窝板复合材料缺陷检测;针对平面ECT成像精度低的问题,通过构建多尺度融合策略、残差编码解码融合模块,引入一种新的池化模块(Soft-pool)等形成多尺度残差编码解码路径的深层神经网络(Ms RED,multi scale residual encoding and decoding paths),使最终的结果完全融合解码阶段学到的特性,对使用共轭梯度成像算法的重建图像进一步改善;结果表明,应用平面ECT技术可以实现蜂窝材料的缺陷检测,通过Ms RED网络可以提升图像重建效果,更清晰重建出蜂窝结构缺陷图像.     

一种改进的电阻层析硬件系统设计

针对目前电阻层析成像(ERT)系统激励产生和数据采集较复杂的问题,实现了一种改进的单电极激励ERT硬件系统。采用微控器控制DAC芯片产生脉冲电压信号驱动精密电压/电流转换电路产生双极性脉冲电流激励,同时控制ADC芯片完成数据同步采集。该方法简化了激励信号的产生,不需要数据同步采集的控制模块,具有电流激励可调的特点。实验结果表明,改进的16电极ERT系统在简化设计的同时可实现208帧/秒的数据采集速度,满足实际应用要求。     

基于双极性脉冲电流技术的电阻层析实时成像系统

提出了一种采用新的激励方法的电阻层析实时成像系统.该系统采用双极性脉冲电流激励模式,避免了直流激励下的介质电极化现象.相对于采用交流激励模式的电阻层析成像系统,新系统结构简单,大大地简化了比较耗时的滤波器环节,数据的采集速度显著提高.实验结果表明,电阻层析实时成像系统每秒可采集150帧以上的图像数据,采用灵敏度系数算法可实现每秒30帧实时成像.     

基于QR分解的对称共轭梯度法成像算法

为了快速得到高质量的重建图像,提出了对称共轭梯度法成像算法,大大缩减了迭代次数,同时,将ERT物理模型进行规范化和Tikhonov正则化处理,进而将QR分解的思想引入ERT方程的求解中,提出基于QR分解的对称共轭梯度算法,实现了单步图像重建.理论分析表明,该算法具有良好的收敛性.通过典型流型的仿真实验,证明了该算法可以...