基于FPGA的ECT-ERT雙模態(tài)層析成像系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、電容層析成像技術(shù)(Electrical Capacitance Tomography，ECT)與電阻層析成像技術(shù)(Electrical Resistance Tomography，ERT)是兩種當前最為成熟的電學層析成像技術(shù)(ET)，二者以成本低、實時性好、非侵入性以及無輻射等優(yōu)點在多相流參數(shù)檢測領(lǐng)域都有著廣闊的發(fā)展前景。其中，ECT對敏感場內(nèi)介電常數(shù)分布進行重建，ERT則對敏感場內(nèi)電導率進行重建，而實際多相流中既有介電常數(shù)分布特征也有

2、電導率分布特征，將二者有機融合可以拓寬其應用范圍，獲取更多的多相流參數(shù)信息同時也能夠提高測量精度。因此，基于ECT和ERT的雙模態(tài)層析成像系統(tǒng)的研究具有重要意義。
　　本課題從實時性與數(shù)字化兩個角度著手，針對ECT與ERT結(jié)構(gòu)的融合，提出了一種基于FPGA的新型雙模態(tài)層析成像系統(tǒng)的設(shè)計方案。在此基礎(chǔ)上，完成了其硬件及軟件平臺的搭建，并進行了相關(guān)測試與實驗。
　　本文主要完成了以下工作:
　　(1)學習當今典型雙模態(tài)技術(shù)

3、的發(fā)展情況;對實驗室原ECT和ERT單模態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與性能進行對比分析;詳細討論了限制系統(tǒng)實時性和成像精度的主要技術(shù)瓶頸。在此基礎(chǔ)上，提出了基于FPGA的ECT/ERT雙模態(tài)層析成像系統(tǒng)的總體方案。
　　(2)在總體方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際因素對系統(tǒng)各個部分的多種設(shè)計方案進行對比分析。完成雙模態(tài)傳感器、激勵源、信號檢測電路、模擬開關(guān)陣列、AD轉(zhuǎn)換電路以及通訊模塊的設(shè)計。
　　(3)設(shè)計基于FPGA的數(shù)據(jù)采集與預處理系統(tǒng)，完成其串

4、口通訊、存儲器管理、模擬開關(guān)陣列控制等基本功能模塊及數(shù)字信號處理模塊的配置與設(shè)計，發(fā)揮FPGA并行的特點，改善系統(tǒng)的實時性與穩(wěn)定性，初步實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字化。
　　(4)分析并行采集模式引起的通道一致性問題，確定基于FPGA的硬件解決方案;分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集速率，在ECT或ERT單模態(tài)工作情況下數(shù)據(jù)采集速度為714.3幀/秒，雙模態(tài)工作時可以達到357.1幀/秒，高于原系統(tǒng)52.3幀/秒與14.6幀/秒的采集速度。
　　(5)基