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基于DSP的ECT系统的信号采集系统研究

作　者: 唐文明
导　师: 陈德运
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 电容层析成像数据采集系统交流法电容测量数字信号处理器
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 117次
引　用: 1次
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内容摘要

多相流系统是一个非常复杂的非线性系统,各相间的界面效应和速度都不同,导致多相流的参数检测难度很大,电容层析成像技术(ECT)是基于电容敏感原理的过程层析成像技术(PT)。该技术具有非辐射、非侵入、响应速度快、成本低廉和安全性能好等优点,已发展成为一门重要的两相流参数检测技术。但ECT技术为了应用于实践,还有一些有待完善的地方,如:微弱电容检测、改善系统的抗干扰性能等方面。本文以12电极电容层析成像系统为研究对象,深入研究了电容层析成像技术在多相流数据采集系统等相关问题。介绍了电容层析成像的特点、用途、构成。发展现状和基于不同敏感原理的过程层析成像技术。阐明了电容层析层成像的工作原理。系统组成和电容层析成像系统独特的优点及其应用前景;设计了一套简化电路结构的极板开关控制阵列电路,能用软件测量出系统中的偶合电容等干扰信号;设计了通过一个交流法电容测量电路来检测微小电容;通过高精密运放OPA627能更好地实现此C/V电路,对信号进行更好的调理;能更好地检测微小电容;用一个500K的余弦信号去激励电容极板,这样使得从传感器一出来的信号就是已调制的信号,这样更能有效地通过后续电路测量出微小的电容信号,将相敏解调原理应用到系统中,以实现对噪声信号的抑制;通过硬件电路、软件实时补偿消除了耦合电容;开发了以DSP为核心的ECT数据采集系统,提高了数据和处理速度,分析串口实现下位机与上位机通信的可行性,有效性,采用异步串口可方便、快速地与上位机实时通信。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题研究的目的和意义  10-11
  1.2 过程层析成像的特点与展望  11-13
    1.2.1 流动层析成像技术  11-12
    1.2.2 多相流检测技术  12-13
  1.3 电容层析成像技术简介  13-14
  1.4 课题来源及研究内容  14-16
第2章 ECT 系统中小电容测量的原理  16-27
  2.1 电容层析成像的整体过程  16
  2.2 ECT 系统的组成  16-22
    2.2.1 传感器系统  16-19
    2.2.2 交流法电容测量电路  19-22
  2.3 相敏解调原理及电路设计  22-25
    2.3.1 采用模拟乘法器实现相敏解调  23
    2.3.2 相敏解调对噪声的抑制  23-24
    2.3.3 测量电容的分析  24-25
  2.4 低通滤波器的设计  25
  2.5 误差补偿分析  25-26
  2.6 本章小结  26-27
第3章 ECT 系统的硬件部分  27-44
  3.1 总体概述  27-28
  3.2 模拟电路部分  28-36
    3.2.1 模拟电路部分总体概述  28
    3.2.2 信号发生器及增益放大  28-30
    3.2.3 极板选择电路  30-32
    3.2.4 交流测量及放大电路  32-34
    3.2.5 解调与滤波  34-35
    3.2.6 差分放大电路  35-36
  3.3 数字电路部分  36-42
    3.3.1 数字电路部分的总体概述  37
    3.3.2 DSP 的介绍  37-42
    3.3.3 DSP 对外围电路的控制  42
  3.4 本章小结  42-44
第4章软件部分  44-53
  4.1 下位机软件设计  44-51
    4.1.1 下位机软件开发环境  44-45
    4.1.2 补偿电容的测量  45-49
    4.1.3 电容变化量的测量  49-51
    4.1.4 主程序及数据通信  51
  4.2 上位机软件设计  51-52
  4.3 本章小结  52-53
第5章数据采集系统实验及分析  53-58
  5.1 测量板线性度实验  53-54
  5.2 耦合电容补偿与系统稳定性分析  54-55
  5.3 数据采集电路建立分析与实验  55-57
    5.3.1 硬件电路建立时间分析  56
    5.3.2 实验验证  56-57
  5.4 本章小结  57-58
结论  58-59
参考文献  59-63
攻读硕士学位期间发表的学术论文  63-64
致谢  64

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