本站原创工程硕士学位论文
一种新型的电容层析成像探测器系统研究与设计
刘德华
哈尔滨理工大学
2016年月 TP316.2
工程硕士学位论文
一种新型的电容层析成像探测器系统研究与设计
硕士研究生:刘德华导师:李兰副导师:
刘华申请学位级别:工程硕士工程领域:计算机技术所在单位:潍坊工商职业学院答辩日期:2016年6月授予学位单位:哈尔滨理工大学 ClassifiedIndex:TP316.2
DissertationfortheMasterDegreeinEngineering
ResearchandDesignofaNewElectricalCapacitanceTomographyDetectorSystem
Candidate:Supervisor:ViceSupervisor:AcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ComputerTechnologyDateofOralExamination:,2016University:HarbinUniversityofScienceandTechnology保密,在年解密后适用授权书.
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作者签名:日期:年月日
导师签名:日期:年月日
一种新型的电容层析成像探测器系统研究与设计
摘 要
电容层析成像技术(ECT)是一项基于电容敏感原理的过程层析成像技术.
关 键 词,现场可编程门阵列,, 目录
摘 要I
第1章绪论1
1.1课题研究的背景和意义1
1.2电容层析成像技术的研究现状与展望2
1.2.1国外研究现状与应用2
1.2.2国内研究现状与应用4
1.2.3发展展望5
1.3课题的来源及研究内容6
1.3.1课题来源6
1.3.2课题的主要研究内容6
第2章相关技术概述8
2.1电容层析成像技术的原理与组成8
2.1.1电容传感器系统9
2.1.2数据测量与采集系统11
2.1.3成像系统11
2.2现场可编程门阵列12
2.2.1FPGA工作原理12
2.2.2FPGA的基本结构13
2.2.3FPGA开发流程16
2.3本章小结18
第3章ECT系统多电极激励方法分析与研究19
3.1引言19
3.2电容层析成像技术微电容测量原理19
3.3ECT三电极激励方法研究22
3.4不同电极激励方式的灵敏场仿真与分析24
3.4.1单电极激励下的仿真计算25
3.4.2三电极激励下的仿真计算26
3.4.3不同电极激励方式下的仿真计算27
3.5本章小结28
第4章基于FPGA的ECT探测器系统研究与设计29
4.1ECT探测器系统总体概述29
4.2影响ECT探测器系统实时性因素30
4.2.1交流电容/电压(C/V)转换电路31
4.2.2相敏解调电路32
4.2.3ECT测量系统各环节所用时间33
4.3基于FPGA的改进型数据测量与采集系统34
4.3.1基于FPGA的信号发生器设计35
4.3.2传感器极板控制电路设计37
4.3.3数字解调电路设计40
4.4ECT探测器系统整体设计43
4.5本章小结44
第5章仿真及实验结果分析46
5.1基于三电极激励双电极检测的C/V转换电路线性度实验46
5.2静态电容测量实验48
5.3基于FPGA数字解调系统性能分析50
5.4本章小结52
结论53
量与采集系统时主要要考虑以下几个方面的因素:1.应当拥有一个比较大的动态检测电容范围与此同时线性度一定要好,
2.应当具有比较较强的对杂散电容抑制的能力,
3.要具有高效的,彻底的滤除系统固有的电容值和耦合电容值的系统,
4.ECT数据采集系统整体要具有快速性,实时性的特性.
等.
现场可编程门阵列
可编程逻辑器件(ProgrammableLogicDevice,PLD)是一门新兴的科学技术,它起源于20世纪70年代等.
FPGA工作原理
FPGA在工作时其片内的RAM是要被编程的,研发人员可以根据具体工作环境的配置模式来采用不一样的编程方式.在对FPGA进行操作时有以下四种配置模式可供选择.
1.并行模式该模式是运用并行的PROM,Flash来配置FPGA,
2.串行模式这个模式是用串行的PROM来配置FPGA,
3.主从模式此模式是用一片PROM来配置多片的FPGA,
4.外设模式将FPGA作为微处理器的外设然后由微处理器对其进行编程.
FPGA的基本结构
等.
本章小结
本章对电容层析成像(ECT)技术和现场可编程门阵列(FPGA)技术分别进行了极为细致的阐述等.
ECT系统多电极激励方法分析与研究
引言
由于ECT图像的重建是以有限数量的检测数据来求解的问题,因此在电容测量时即使出现一个很微小的误差也会对图像重建造成很烦.等
电容层析成像技术微电容测量原理
ECT探测器中的多电极电容传感器的构成是在传感器绝缘管壁外侧的圆周固定安放着紫铜薄片作为电极等.
依据电磁场的相关理论知识可知,可用下面的麦克斯韦方程对任意的电磁场进行表示:
(3-1)
式3-1中:为电位移,为电荷密度.
针对同一样的介质,电场和磁场之间的各个物理量之间还有以下的关系:
(3-2)
(3-3)
在式3-2,3-3中:表示相对介电常数,表示电位,表示电场强度.
等
不同电极激励方式的灵敏场仿真与分析
参照以往的ECT仿真实验情况,本实验也采用的实验分析方法,选用作为实验的仿真平台对着两种不同的电极激励方式进行仿真实验.
等.
单电极激励下的仿真计算
在理想化的条件下二项介质混合物沿传感器轴向是均衡的,本实验在系统仿真实验平台进行工作,将相关数据输入到仿真系统中计算.首先在理想化的空场条件下进行实验,如图3-3,3-4,图中展示的是,在单电极激励条件下1-2电极对和1-9电极对测得的电场强度值和电位值.在两幅图中左边的是电场强度值,右边的是电位值.等
三电极激励下的仿真计算
在三电极激励电极检测的方式下引入进来来评价灵敏匀性,如公式:
(3-19)
最后,将软件计算出来的数据输入到实验平台进行数据计算.由公式(3-19)可以知道,这个值的绝对值越小的话ECT电容传感器电极对之间的越是均匀.表(3-1),(3-2)为软件计算出来的结果.从这两个表可以看出来,与计算的结果相比较,灵敏场的分布要更加均匀.灵敏度的最高值由原来的81.0076降低到目前的35.8702,灵敏度的最低值由原来的-3.5096升至目前的-2.4110,的最由原来的84.5982降低到目前的38.2816.根据以上所得到的数据进行比较,在具体应用时,采用的方法可使系统检测精度更准确一些.
等
等
表3-1单电极激励灵敏场评价指标值Table3-1Evaluationindexvalueofsensitivityundersingleincentiveelectrode
参数MaxMinμ电极对1-281.0076-3.590684.5982电极对1-6.7420-1.50698.2489续表(3-1)
电极对1-6.7420-1.50698.2489电极对1-6.7420-1.50698.2489本章小结
ECT技术图像重建利用测量出来的电容值远远小于被测图像的像素数目,逆向问题的求解是典型的等.
基于FPGA的ECT探测器系统研究与设计
ECT探测器系统总体概述
现阶段等.
影响ECT探测器系统实时性因素
现阶段ECT探测器主要采用的微小电容测量电路按照检测原理来分类主要分为四种等.
交流电容/电压(C/V)转换电路
ECT探测器系统的交流C/V转换电路运用电压进行激励,电流进行测量的方法,等.
相敏解调电路
在ECT探测器系统中,等.
基于FPGA的改进型数据测量与采集系统
从上一节分析的内容可以知道,等.
ECT探测器系统整体设计
在进行ECT探测器的设计时,等.
本章小结
本章针对采用模拟解调与滤波等.
仿真及实验结果分析
在前面的章节里,详细地分析了ECT和FPGA的组成和工作原理,等.
基于三电极激励双电极检测的C/V转换电路线性度实验
所谓C/V转换电路线性度就是指电路输入的电容值与输出的电压值之间的实际关系曲线与理想化的直线之间的偏离程度,等.结果如表5-1所示.
表5-1实验测量电容值
电容值(pF)理论电压值(V)对应测量输出电压(V)第一次第二次第三次第四次0.50.250.25030.25010.25090.249910.50.50080.50060.50010.5003211.00021.00010.99931.000831.51.50021.50011.50071.500150.6250.62550.62480.62510.624960.750.75070.74980.75010.7506811.00011.00031.00090.9997101.251.25031.25051.24991.2506121.51.49961.50021.50011.5007等.
静态电容测量实验
电容传感器结构参数主要包括,
电容层析成像技术(ECT)从上个世纪80年怎么发表展至今,等.
摘 要应对本论文的研究目的,研究过程,结果和结论进行准确而简要的概括.摘 要中不宜使用公式,图表,不标注引用文献编号.摘 要要求每句话具有完整性和自明性,内容表达要有层次感,逻辑性强,结构严谨,可读性好,尽可能多的给出作者研究信息.关 键 词一般列3～5个.英文部分不能用缩写,和摘 要正文之间有一空行.
摘 要后面有一空行.除第1章外,其余各章后面均有本章小结.注意目录下面没页码.
所有黑体不用加粗.
硕士学位论文:工学学科一般为2～3万字,其中绪论要求为3～5千字.
各层次题序及标题不得置于页面的最后一行(孤行).
文中第一次出现的缩写词应该用括号注明英文原词.
要求必须在2页以上.
上标为宋体5号,其余数字和字母均为新罗马.
所有参考文献要按序号引用,且大部分集中在研究现状中.
注意不能超过2个.
一个文献在多次引用时要标出页数,方括号外为页数.
每页最后不能出现空白,也不能用回车调节行间距.
注意"项"的使用格式,标题黑体不加粗,空格,后面接排.前面序号用全角点.若层次太多,可在"款"的下面再用"项"."款"的格式见规范表1(第10页),款,项标题均为小4号黑体.
图在正文中必须引用,且引用在图的前面,图按章排序.除屏幕截图外,图要求自己画,最好用VISIO等专用画图工具.图中若有分图时,分图题置于分图之下,分图号用a),b)等表示.分图可并列排放,分图题位于分图下,居中,中英文格式不变.
图中各部分说明应采用中文(引用的外文图除外)或数字项号,各项文字说明置于图题之上(有分图题者,置于分图题之上).
表在正文必须引用,且在表的前面,按章排序.
表的上下两线加粗,两边不封口.表中字号为5号,字母和数字为新罗马.表题和表不能分在2页.
本章小结需3行以上.
公式序号按章排序,序号右对齐,公式居中排版.
注意续表的格式.
结论是对整个论文主要成果的总结.在结论中应明确指出本研究内容的创造性成果或创新点理论(含新见解,新观点),对其应用前景和社会,经济价值等加以预测和评价,并指出今后进一步在本研究方向进行研究工作的展望与设想.结论内容一般在2000字以内.结论可由三部分构成:
1)本文开始就把结论和结果做出来,结论要做详细,具有一定的深度,充分体现本文研究的水平,这部分是文章的精华,语言和内容及表达的深度要认真斟酌,必要时给出条件和数据及优化方法,真正构成结论性的语言.注意:不要再重复文章研究内容,过程.
本文还存在的问题及引起这些问题的可能原因(点到为止).
本文结果在理论上的可拓展性,在实际应用中的可推广性(注意条件)
硕士学位论文的参考文献一般应不少于40篇,其中外文文献一般不少于10篇.参考文献中近五年的文献数一般应不少于总数的1/3,并应有近两年的参考文献.教材,产品说明书及未公开发表的研究报告等通常不宜作为参考文献引用.
引用网上参考文献时,应注明该文献的准确网页地址,网上参考文献不包含在上述规定的文献数量之内.
意:西文文献中第一个词和每个实词的第一个字母大写,余者小写,俄文文献名第一个词和专有名词的第一个字母大写,余者小写,日文文献中的汉字须用日文汉字,不得用中文汉字,简化汉字代替.文献中的外文字母一律用正体.
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