基于FPGA的ECT-ERT系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、電容層析成像(ECT)和電阻層析成像(ERT)是電學(xué)層析成像的兩個(gè)主要分支，具有非侵入、無(wú)輻射、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、適用范圍廣、響應(yīng)速度快、安全性能好等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)多相流參數(shù)檢測(cè)過程中起到關(guān)鍵作用。傳統(tǒng)的多相流測(cè)量只具有ECT或ERT一種測(cè)量模式，信息獲取量少，測(cè)量范圍有限，對(duì)測(cè)量物質(zhì)要求高，難以滿足工業(yè)上的測(cè)量要求。為解決這一問題，本課題做了深入的研究和細(xì)致的實(shí)驗(yàn)。
　　本課題以多相流檢測(cè)為背景，著重于數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)，將EC

2、T技術(shù)和ERT技術(shù)整合在同一檢測(cè)平臺(tái)，完成了基于FPGA的ECT/ERT系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建，并對(duì)氣液、液液兩相流參數(shù)進(jìn)行了初步的測(cè)量研究。本文主要研究工作如下:
　　(1)深入了解多相流檢測(cè)的特點(diǎn)，對(duì)于目前國(guó)內(nèi)外ECT/ERT系統(tǒng)的數(shù)字化進(jìn)程和發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)的分析。
　　(2)分析ECT和ERT傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，針對(duì)單截面?zhèn)鞲衅骰_問題，設(shè)計(jì)了ECT厄RT復(fù)合式傳感器結(jié)構(gòu)，并對(duì)傳感器極板的位置、尺寸等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)

3、計(jì)。
　　(3)設(shè)計(jì)了基于FPGA的數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理系統(tǒng)，完成了激勵(lì)源、FIR濾波器、幅值信息提取等模塊的設(shè)計(jì)，發(fā)揮FPGA并行控制和LUT查找表的特點(diǎn)，改善了系統(tǒng)穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的數(shù)字化信號(hào)處理。
　　(4)對(duì)比分析單步LBP算法、迭代Landweber算法和Tikhonov正則化算法各自的優(yōu)劣。針對(duì)LBP算法成像精度低的問題，系統(tǒng)采用了單步算法與迭代法相結(jié)合的離線Landweber成像算法和修正Tikhono

4、v正則化算法。
　　(5)在Qt Creator開發(fā)環(huán)境下完成了上位機(jī)軟件平臺(tái)的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了圖像重建算法、QGraphicView圖像刷新、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能模塊，編寫了基于信號(hào)槽機(jī)制的人機(jī)交互界面。
　　(6)對(duì)本系統(tǒng)性能進(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn)。在系統(tǒng)正常工作時(shí)，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集速度為198.4幀/秒，單步算法的成像平均速度達(dá)到67.5幀/秒，迭代算法的成像平均速度達(dá)到31.2幀/秒。其次，對(duì)連續(xù)相為非導(dǎo)體和導(dǎo)體時(shí)分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。在保