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两相流参数检测是工业过程参数检测的一个难点。过程层析成像(PT)技术能实时提供封闭管道、容器等过程设备内物场运动状态的二/三维可视化信息,为解决两相流参数检测问题提供了一条新途径。电容层析成像(ECT)技术是基于电容敏感机理的PT技术,具有非辐射、非侵入、响应速度快、结构简单、成本低等优点,是一种非常有发展潜力的PT技术。本文在ECT系统硬件、数据采集、实时成像等关键技术做了较为全面深入的研究,并自行开发了一套ECT实时成像系统。本人主要完成以下方面的工作:(1)简要的介绍了两相流检测中的主要参数、两相流检测技术研究的重要意义以及各种过程层析成像技术的发展,阐述了电容层析成像的原理、构成以及它在实际中的应用、发展。
(2)简要介绍了虚拟仪器以及其在实际中的应用。
(3)研制了交流移相电路,通过调整电位器可使交流信号的相位在(-90°,90°)之间移动,能很好的补偿检测信号在经过放大器等器件后引起的相移,使模拟乘法器的输出最大,从而系统具有更高的精度。
(4)研制了C/V转换电路板以及系统主板。C/V转换电路板具有较好的稳定性、精确度和灵敏度;系统主板给整个系统提供电源供应、控制N(N=6,8,12)块C/V转换电路板工作以及与计算机进行数据传输。
(5)设计了I/O扩展电路,把I/O口从24个扩展到了33个,并研制了对应的开关控制电路控制96个双向模拟开关,进而控制C/V转换电路板工作状态选择以及电路中信号放大倍数选择等。
(6)在LabVIEW环境下,开发了数据采集及成像程序。该程序采用LabVIEW特有的图形语言程序进行编程,程序运行稳定,能精确采集电容数据和实时精确地进行图像重建。
(7)开发了ECT实时成像装置“ECTSYSTEMBASEDONⅥ——Ⅰ”。该系统在8极板构成的成像区域象素为792,成像计算机CPU主频为1.8GHz,内存为256M的条件下,在线实时成像速率最大可达10帧/秒;在内径为90mm的有机玻璃管内,以玻璃棒为成像对象的条件下,管中央成像空间分辨率可达1.24%。利用该实验装置实现了中心流、层流等多种成像实验研究。