电容层析成像系统中的数字相敏解调技术

相敏解调是电容层析成像(ECT)系统中的关键环节。传统的模拟解调存在着精度低、噪声大和模拟器件的稳定时间过长等问题,成为进一步提高ECT系统精度和速度的"瓶颈"。为此,设计了一种基于FPGA的数字相敏解调方法,实现了快速、高精度的有符号数字相敏解调。验证显示,设计的数字化相敏解调完全满足ECT系统对精度和速度的要求。     

基于DSP的数字化电容层析成像系统

由于电容层析成像技术中模拟滤波和解调环节对采集速度和精度的影响,本文提出电容层析成像系统数字化方案,设计以高速数字信号处理器为核心的12电极高速数据采集和处理系统,利用FPGA实现数字滤波和数字解调,构建了全新的数字化ECT系统.理论分析和实验表明,该系统数据采集和处理速度快,抗噪声性强,完全满足ECT成像实时性要求,精度也有一定的提高.     

电容耦合电阻层析成像并行电阻测量原理研究

传统的电阻层析成像(ERT)系统的电极与被测介质直接接触,容易产生电极极化、电化学腐蚀等问题,近年来出现的电容耦合非接触电导测量技术与ERT技术相结合的电容耦合电阻层析成像系统提出了一种新的非接触测量方法来解决此问题。但是目前该系统的电阻测量原理决定了其测量模式是串行的,成为限制系统数据采集速度的一个重要因素。针对该问题,本文引入了新的测量模型,提出了并行电阻测量原理,实现了数据采集系统,大大提高了系统速度。本文主要研究内容包括:分析了新型传感器的测量模型,提出了新的电阻求解方法;利用有限元法获得了新测量模型下管道内灵敏场分布;研制了相应的12电极样机系统。初步实验测试结果表明,该系统在具有较好测量精度的同时,其数据采集速度可达120帧/s,有效提高了电容耦合电阻层析成像系统的实时性。     

电容层析成像数字化系统设计

为了克服模拟器件的约束,进一步提高系统的精度与速度,本文结合FPGA可编程逻辑控制和DSP信号处理能力强的特点,构建了16电极新型数字化电容层析成像系统.由FPGA完成系统逻辑控制、正弦激励信号产生和数字解调,简化了控制与接口电路,提高了系统工作的可靠性;由DSP实现图像重建算法,最终通过PCI接口将灰度值传送给PC机成像.理论分析和实验表明,系统的信噪比和实时性等性能指标均得到提高.     

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。     

数字化提取油气润滑ECT系统电容值的方法研究

为了克服模拟器件的约束,进一步提高系统的精度和速度,提出了3种数字化提取ECT电容值的方法,并通过软件求解出了各种数字化提取电容值的方法电容值,最后通过4个评价指标综合选定数字正交解调作为最后数字解调的方案,结果表明:采用正交解调数字化提取电容值的方法不仅减低了系统的制作成本,而且在系统的速度和精度方面基本达到最佳的性能。     

基于MATLAB的电容层析成像系统灵敏场的仿真研揪

电容层析成像是监测两相流动的一种新技术。它可重建两相流在其流经管道横截面上的相分布图像，而重建图像的先决条件是需获得成像系统的灵敏场分布。电容层析成像(ECT)系统阵列传感器的敏感场受被测介质的影响，这一“软场”特性是ECT应用于两相流参数测量中的一个主要问题。本文介绍了基于MATLAB的有限元模型的仿真实验，通过数据分析研究了灵敏场分布的规律。     

基于Matlab的电容层析成像系统软场特性仿真研究

电容层析成像是监测两相流动的一种新技术。它可重建两相流在其流经管道横截面上的相分布图像，而重建图像的先决条件是需获得成像系统的灵敏场分布。电容层析成像(ECT)系统阵列传感器的敏感场受被测介质的影响，这一“软场”特性是ECT应用于两相流参数测量中的一个主要问题。本介绍了基于有限元模型的仿真实验，通过典型介电常数分布下灵敏度分布与空管下灵敏度分布的差值计算与分析，研究了影响灵敏场分布的因素及其规律。     

基于PGC光纤传感器的全数字化解调设计与分析

介绍了一种基于Mach-Zehnder和Sagnac混合干涉型分布式光纤传感器的相位产生载波(PGC)全数字化解调系统.针对GD32F103信号算法处理芯片,进行了PGC数字解调系统的设计,对系统性能进行了分析,最后与模拟解调效果进行了性能对比分析.实验待测信号为0～50 kHz,理想情况下管道泄漏点距离法拉第旋转镜距离为8045 m,实际情况下距离为8188.7m,绝对误差为143.7m,相对误差为1.75％.本数字系统具有良好的稳定性和较高的定位精度.     

高精度微弱电容检测系统的设计

针对微弱电容信号的检测问题,提出了一种基于FPGA和数字解调的高精度微弱电容检测系统;通过硬件设计和软件设计,实现了由电源电路、C/V转换电路、FPGA电路、A/D转换电路等组成的高精度电容检测系统;阐述了利用载波调制进行微弱电容检测的原理和系统硬件电路的实现方案,并给出了基于cordic算法的载波生成、数字解调和AD采样控制在FPGA中的具体实现;实际运行表明,该检测系统的电容检测分辨率可达到5fF,具有精度高及抗干扰能力强等优点.