應(yīng)用集成電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器的ECT系統(tǒng)設(shè)計及算法研究.pdf

1、電容層析成像(Electrical Capacitance Tomography，簡稱ECT)技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一項過程層析成像技術(shù)，該技術(shù)以其非侵入性、響應(yīng)速度快和成本低等優(yōu)勢在兩相流辨識領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。因而，和電容層析成像相關(guān)的技術(shù)也被廣泛研究，比如：優(yōu)化設(shè)計電容層析成像傳感器，合理設(shè)計電容層析成像系統(tǒng)，電容層析成像系統(tǒng)標(biāo)定的研究以及優(yōu)化改進(jìn)電容層析成像圖像重建算法等。其中，如何設(shè)計合理的電容層析成像系統(tǒng)成為競相研究的一個主

2、題。
　　傳統(tǒng)的電容層析成像系統(tǒng)主要是基于信號激勵電路設(shè)計、信號放大處理電路設(shè)計、全波整流濾波處理電路設(shè)計以及AD電路設(shè)計而成。該系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜程度較高，成本大，而且在復(fù)雜電路中會產(chǎn)生寄生電容，系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜程度直接影響到了測量結(jié)果的精確度。因而，集成度高，成本低且具有較高精度的電容層析成像系統(tǒng)的設(shè)計的優(yōu)勢就凸顯出來。
　　本文正是基于這種思想來進(jìn)行前端電容采集系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)主要應(yīng)用集成電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器AD7746結(jié)合32位

3、基于ARM核心的STM32F103RBT6設(shè)計而成。論文的主要內(nèi)容如下：
　　1.完成應(yīng)用集成電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器的ECT系統(tǒng)硬件設(shè)計：應(yīng)用集成電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器AD7746設(shè)計ECT前端電容采集電路并制作PCB；運(yùn)用C8051F310結(jié)合G5V-1完成ECT切換板電路設(shè)計，并制作PCB，綜合實(shí)現(xiàn)電容傳感器極板對間電容信息到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。
　　2.完成應(yīng)用集成電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器的ECT系統(tǒng)軟件設(shè)計：在底層ARM嵌入式平臺上完成：ECT前端

4、電容采集板和ECT切換板的程序設(shè)計，實(shí)現(xiàn)采集電容傳感器極板i-j間電容信息；在Visual Studio.net架構(gòu)下C＃完成上位機(jī)PC和ECT采集板之間的信息交互；在Visual Studio.net架構(gòu)下C＃完成上位機(jī)PC通過GPIB控制4285A-LCR測試儀，協(xié)助實(shí)現(xiàn)電容傳感器電容信息標(biāo)定。
　　3.進(jìn)行電容傳感器模型仿真并分析靈敏度和優(yōu)選算法：利用有限元軟件對電容傳感器進(jìn)行建模和仿真，仿真數(shù)據(jù)應(yīng)用靈敏度公式計算，同時C+