基于DSP的ECT系统的信号采集系统研究

论文摘要

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。

论文目录

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