基于內(nèi)陣列電極雙模態(tài)層析成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、國家自然科學(xué)基金重大國際合作項(xiàng)目：（批準(zhǔn)號(hào)：60820106002）國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目：（批準(zhǔn)號(hào)：61201350）天津市自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目：（批準(zhǔn)號(hào)：11JCYBJC06900）基于內(nèi)陣列電極雙模態(tài)層析成像系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基于內(nèi)陣列電極雙模態(tài)層析成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)A A A A Dual-Modal Dual-Modal Dual-Modal Dual-Modal Tomography Tomography Tomography

2、Tomography System System System System Based Based Based Basedon on on on Internal Internal Internal Internal Array Array Array Array Electrode Electrode Electrode Electrode學(xué)科專業(yè)：控制科學(xué)與工程研 究 生：劉亞指導(dǎo)教師：王化祥 教授天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化學(xué)院二零一二

3、年十二月摘 要電學(xué)成像技術(shù)為廣泛存在的兩相流提供了有效的參數(shù)檢測(cè)手段，與其它層析成像技術(shù)相比，電學(xué)層析成像具有無輻射、響應(yīng)速度快及價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)。電阻層析成像（Electrical Resistance Tomography ,ERT）和電容層析成像（Electrical Capacitance Tomography，ECT）是兩種最為成熟的電學(xué)成像方法。ERT 的測(cè)量對(duì)象要求流體的連續(xù)相為導(dǎo)電性介質(zhì)，而 ECT 的測(cè)量對(duì)象要求流體的連

4、續(xù)相為非導(dǎo)電性介質(zhì)， 這些限制條件使得在復(fù)雜情況下， 僅靠一種模式往往不能完成測(cè)量任務(wù)，如何融合 ERT 與 ECT 技術(shù)，以達(dá)到拓寬測(cè)量范圍，獲得更加豐富的測(cè)量信息的目的，具有極其重要的意義。本課題對(duì) ERT/ECT 雙模態(tài)系統(tǒng)的傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化及硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了深入的研究，主要工作和結(jié)果如下：1. 基于 ERT 和 ECT 敏感場(chǎng)特性分析，借助物理場(chǎng)耦合分析軟件COMSOL 構(gòu)建了雙模態(tài)成像系統(tǒng)陣列電極的三維模型，結(jié)合傳感器結(jié)

5、構(gòu)參數(shù)優(yōu)化指標(biāo)，對(duì)陣列電極進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)了一種雙模態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)陣列電極結(jié)構(gòu)，有效消除了兩模態(tài)的相互影響。2. 設(shè)計(jì)了一套基于 FPGA 和 DSP 的 16 電極數(shù)字化雙模態(tài)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)單模態(tài)或雙模態(tài)運(yùn)行。FPGA 主要負(fù)責(zé)對(duì)前端電路進(jìn)行邏輯控制以及信號(hào)預(yù)處理，DSP 主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移及后處理、算法實(shí)現(xiàn)及與 PC 機(jī)通信功能。3. 進(jìn)行了 FPGA 和 DSP 的程序設(shè)計(jì)，以及為了方便系統(tǒng)調(diào)試工作，將MATLAB 和 DSP 編程環(huán)境