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【6h】

应用集成电容数字转换器的ECT系统设计及算法研究

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电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography，简称ECT)技术是近年来发展起来的一项过程层析成像技术，该技术以其非侵入性、响应速度快和成本低等优势在两相流辨识领域得到了广泛关注。因而，和电容层析成像相关的技术也被广泛研究，比如：优化设计电容层析成像传感器，合理设计电容层析成像系统，电容层析成像系统标定的研究以及优化改进电容层析成像图像重建算法等。其中，如何设计合理的电容层析成像系统成为竞相研究的一个主题。
　　传统的电容层析成像系统主要是基于信号激励电路设计、信号放大处理电路设计、全波整流滤波处理电路设计以及AD电路设计而成。该系统设计复杂程度较高，成本大，而且在复杂电路中会产生寄生电容，系统设计的复杂程度直接影响到了测量结果的精确度。因而，集成度高，成本低且具有较高精度的电容层析成像系统的设计的优势就凸显出来。
　　本文正是基于这种思想来进行前端电容采集系统的设计。该系统主要应用集成电容数字转换器AD7746结合32位基于ARM核心的STM32F103RBT6设计而成。论文的主要内容如下：
　　1.完成应用集成电容数字转换器的ECT系统硬件设计：应用集成电容数字转换器AD7746设计ECT前端电容采集电路并制作PCB；运用C8051F310结合G5V-1完成ECT切换板电路设计，并制作PCB，综合实现电容传感器极板对间电容信息到数字量的转换。
　　2.完成应用集成电容数字转换器的ECT系统软件设计：在底层ARM嵌入式平台上完成：ECT前端电容采集板和ECT切换板的程序设计，实现采集电容传感器极板i-j间电容信息；在Visual Studio.net架构下C＃完成上位机PC和ECT采集板之间的信息交互；在Visual Studio.net架构下C＃完成上位机PC通过GPIB控制4285A-LCR测试仪，协助实现电容传感器电容信息标定。
　　3.进行电容传感器模型仿真并分析灵敏度和优选算法：利用有限元软件对电容传感器进行建模和仿真，仿真数据应用灵敏度公式计算，同时C++编写程序对灵敏度进行图像显示并分析；同时进行仿真数据的图像重建实验，优选算法。
　　4.搭建电容层析成像系统(集成电容数字转化器和4285A-LCR测试仪两部分)并依据图像重建算法进行图像重建实验：利用实验系统测量的真实数据结合灵敏度信息和图像重建算法进行C++编程实现图像重建，并对重建结果进行分析。

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