基于內(nèi)陣列電極雙模態(tài)層析成像系統(tǒng)設計

1、國家自然科學基金重大國際合作項目：（批準號：60820106002）國家自然科學基金青年科學基金項目：（批準號：61201350）天津市自然科學基金面上項目：（批準號：11JCYBJC06900）基于內(nèi)陣列電極雙模態(tài)層析成像系統(tǒng)設計 基于內(nèi)陣列電極雙模態(tài)層析成像系統(tǒng)設計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學科專業(yè)：控制科學與工程研 究 生：劉亞指導教師：王化祥 教授天津大學電氣與自動化學院二零一二

3、年十二月摘 要電學成像技術為廣泛存在的兩相流提供了有效的參數(shù)檢測手段，與其它層析成像技術相比，電學層析成像具有無輻射、響應速度快及價格低廉等優(yōu)勢。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成像方法。ERT 的測量對象要求流體的連續(xù)相為導電性介質(zhì)，而 ECT 的測量對象要求流體的連

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

5、構參數(shù)優(yōu)化指標，對陣列電極進行優(yōu)化，設計了一種雙模態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)陣列電極結構，有效消除了兩模態(tài)的相互影響。2. 設計了一套基于 FPGA 和 DSP 的 16 電極數(shù)字化雙模態(tài)系統(tǒng)，可實現(xiàn)單模態(tài)或雙模態(tài)運行。FPGA 主要負責對前端電路進行邏輯控制以及信號預處理，DSP 主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉移及后處理、算法實現(xiàn)及與 PC 機通信功能。3. 進行了 FPGA 和 DSP 的程序設計，以及為了方便系統(tǒng)調(diào)試工作，將MATLAB 和 DSP 編程環(huán)境