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基于相敏解调的电容耦合电阻层析成像系统研究

作　者: 胡源渊
导　师: 王保良
学　校: 浙江大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 电容耦合非接触式电导检测电阻层析成像数据采集相敏解调
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

作为目前过程层析成像技术的研究热点之一,电阻层析成像技术在工业领域得到了快速的发展,它具可视化、高速、低成本、无辐射危险和非侵入性等优点。然而,现有电阻层析成像技术往往采用了一种接触式的测量方法,其电极必须与内部被测液体直接接触,这样往往会产生电极极化效应、电化学腐蚀等问题,并且管壁上钻孔安装电极往往会导致管壁耐压的降低,从而限制了该技术的应用领域。本文针对该问题,对非接触式电阻层析成像技术进行了研究,成功地研制出了一套系统样机,并进行了测试。它能够在电极与被测液体不接触的情况下测量出液体的电导率分布,有效克服现有接触式电阻层析成像存在的电极极化、腐蚀等问题。本文的主要工作和创新点如下：(1)将电容耦合非接触式电导检测技术与电阻层析成像技术相结合,提出了一种新的电容耦合电阻层析成像技术,能够以非接触的方式测量出液体的电导率分布。与传统的电阻层析成像系统相比,该技术中传感器电极与被测液体不接触,消除了电极极化、腐蚀等问题对测量的影响,扩大了电阻层析成像技术的应用范围。(2)针对新的电容耦合电阻层析成像技术对数据采集系统的特别要求,基于相敏解调技术,提出了一种实现电容耦合电阻层析成像数据采集的新方法。(3)成功研制了一套基于相敏解调原理的电容耦合电阻层析成像系统样机,并获得了由电容耦合非接触原理实现的电导率分布的实时图像。测试结果表明,此系统可以实时获得管内液体的电导率分布图。

全文目录

致谢  6-7
摘要  7-8
英文摘要  8-9
目录  9-11
第一章绪论  11-16
  1.1 两相流概述  12
  1.2 过程层析成像技术  12-13
  1.3 电容耦合非接触式电导检测方法简介  13-14
  1.4 本文的主要工作  14-15
  1.5 本章小结  15-16
第二章文献综述  16-25
  2.1 ERT技术综述  17-22
    2.1.1 ERT技术的发展历程与研究现状  17-18
    2.1.2 ERT技术的基本原理和组成  18-19
    2.1.3 ERT数据采集模式  19-22
  2.2 C~4D的测量原理及应用  22-24
    2.2.1 C~4D测量原理  22-23
    2.2.2 C~4D系统构成  23-24
    2.2.3 C~4D方法的应用与现状  24
  2.3 本章小结  24-25
第三章电容耦合电阻层析成像研究  25-37
  3.1 概述  26-27
  3.2 C~4D测量可行性研究  27-30
    3.2.1 传感器样机设计  27-28
    3.2.2 可行性实验及结果分析  28-30
  3.3 CCERT测量方法研究  30-36
    3.3.1 现有基于C~4D原理测量串联RC网络的方法简介  31-33
    3.3.2 基于PSD原理的CCERT测量方法  33-36
  3.4 本章小结  36-37
第四章基于PSD的CCERT系统设计  37-60
  4.1 基于PSD的CCERT系统总体构架  38
  4.2 传感器设计  38-39
  4.3 系统硬件设计  39-53
    4.3.1 正弦激励模块设计  39-46
      4.3.1.1 正弦激励源选择  39-41
      4.3.1.2 AD9850芯片介绍  41-43
      4.3.1.3 正弦激励模块设计  43-46
    4.3.2 相敏解调测量模块设计  46-51
      4.3.2.1 相敏解调测量模块工作模式  46-48
      4.3.2.2 电子开关控制设计  48
      4.3.2.3 乘法器电路设计  48-50
      4.3.2.4 运算放大及滤波电路设计  50-51
    4.3.3 数据采集模块  51-53
  4.4 系统软件设计  53-59
    4.4.1 主程序设计  53-54
    4.4.2 DDS芯片配置程序  54-57
    4.4.3 数据采集子程序  57-59
  4.5 本章小结  59-60
第五章系统性能分析  60-67
  5.1 基于PSD的CCERT系统实验装置描述  61
  5.2 实时性分析  61-63
  5.3 测量精度测试  63-64
  5.4 在线成像效果  64-65
  5.5 本章小结  65-67
第六章结论  67-68
参考文献  68-75
作者简介  75

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