基于FPGA的ECT-ERT系統(tǒng)優(yōu)化設計.pdf

1、電容層析成像(ECT)和電阻層析成像(ERT)是電學層析成像的兩個主要分支，具有非侵入、無輻射、結構簡單、成本低、適用范圍廣、響應速度快、安全性能好等優(yōu)點，在工業(yè)多相流參數(shù)檢測過程中起到關鍵作用。傳統(tǒng)的多相流測量只具有ECT或ERT一種測量模式，信息獲取量少，測量范圍有限，對測量物質要求高，難以滿足工業(yè)上的測量要求。為解決這一問題，本課題做了深入的研究和細致的實驗。
　　本課題以多相流檢測為背景，著重于數(shù)字化的實驗裝置設計，將EC

2、T技術和ERT技術整合在同一檢測平臺，完成了基于FPGA的ECT/ERT系統(tǒng)實驗平臺的搭建，并對氣液、液液兩相流參數(shù)進行了初步的測量研究。本文主要研究工作如下:
　　(1)深入了解多相流檢測的特點，對于目前國內(nèi)外ECT/ERT系統(tǒng)的數(shù)字化進程和發(fā)展現(xiàn)狀進行了詳細的分析。
　　(2)分析ECT和ERT傳感器的結構特點，針對單截面?zhèn)鞲衅骰_問題，設計了ECT厄RT復合式傳感器結構，并對傳感器極板的位置、尺寸等相關參數(shù)進行了優(yōu)化設

3、計。
　　(3)設計了基于FPGA的數(shù)據(jù)采集與信號處理系統(tǒng)，完成了激勵源、FIR濾波器、幅值信息提取等模塊的設計，發(fā)揮FPGA并行控制和LUT查找表的特點，改善了系統(tǒng)穩(wěn)定性和實時性，實現(xiàn)了系統(tǒng)的數(shù)字化信號處理。
　　(4)對比分析單步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)境下完成了上位機軟件平臺的開發(fā)，實現(xiàn)了圖像重建算法、QGraphicView圖像刷新、數(shù)據(jù)存儲等功能模塊，編寫了基于信號槽機制的人機交互界面。
　　(6)對本系統(tǒng)性能進行了初步的實驗。在系統(tǒng)正常工作時，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到67.5幀/秒，迭代算法的成像平均速度達到31.2幀/秒。其次，對連續(xù)相為非導體和導體時分別進行了實驗。在保