ECT系统高速数据采集电路的实现

有高速 、 干扰 小、 集成度好、 易于优化和更新的特点。实验表 明， 测量装置的线性度 为 ０ ９ ９ ．９ ４且 ８电极稳 定的采
集 速度 为 ２ １ ７４５帧／ 。 秒
关 键 词 ： 电 容 ； 析 成像 ； 层 高速 ； 集 电路 采 中 图分 类 号 ： Ｐ １ 文 献 标 识 码 ： 文 章 编 号 ： ００３ ３ （ ００ ｌ－０ ３０ Ｔ ２６ Ａ １０ —９ ２ ２ １ ） １ ６ － ０ ３ １ 引 言
线 影 响 等 方 面 的 问题 。
基于 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ的可调高频正弦波发 生电路原理图
如图１ 示。 所
由于管道中流体 的流速 很快 ， 了满足实 时成 为
像， 这就要求 Ｅ Ｔ系统具有很 高的数据采集 系统和 Ｃ
处理速度 ， 目前 的 Ｅ Ｔ系统普 遍采用 ８位单 片机作 Ｃ 为控制器和基 于单 片机 的串 口数据传 输方式 ， 目前 文献报道已经研制成功 的 ｌ ２电极 的 Ｅ Ｔ系统 最快 Ｃ 的数据采集速 度是 ８０幅／ ０ 秒 ， 这在数 据采 集上 ， 对于高速流体还不能 满足实 时性 的要 求 ， 国外 有使 用光纤通信技术 的文献报道 ， 就使得 Ｅ Ｔ系统 这 Ｃ
１ 、６极板全部适用 ， ２１ 不需要 更改硬件 电路 ， 简单易
行。
但是 Ｅ Ｔ系统用 于实现 两相 流系 统参数 测量 Ｃ
目前存在 的问题主要有 两个方 面 ： 一方 面 由于两相 流的非线性和复杂多变性 ， 要求较 高的数 据采集速 度； 另一方面是涉及微弱 电容测量问题 ， 要求测量 电 路具有很强的抗 杂散 电容 的性能 ， 对传感器灵敏度 、 抗干扰性能要求 高 ， 此外还存在数据远传 、 传感器 引
图 ｌ 可调高频正弦波发生 电路原理图
图 １ 工作 原理为 ， Ｆ Ｇ 在 Ｐ Ａ中定制一 个 ８位 的 Ｒ Ｍ， Ｏ 并将一个周期的正弦波二进 制数据存 储到该
收稿 日期 ： １－ － （ 改稿 ） ２ ０ ８ ３修 ０ ００
基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目（０ ７０ ８ ５９ ６ １ ）
（ 东北电力大学 ａ能源与机械工程学 院；． ． ｂ 自动化工程学院， 吉林 吉林 １２ １ ） ３ ０ ２
摘 要 ： 针 对 Ｅ Ｔ 系统 数据 采 集部 分 ， 用 Ｆ Ｇ Ｃ 采 Ｐ Ａ产 生 可调 的 高 频 正 弦 激 励 ， 用 其 控 制 通道 选择 电路 。 用 并
Ｖ Ｄ Ｈ Ｌ语 言 编程 ， 服 了硬 件 设计 更新 能 力差 的 缺 点 ， 中正 弦 激 励 对 于 ８ １ 、２ １ 克 其 、０ １ 、 ６极 板 全 部 适 用 。本 系统 具
ＦＧ Ｐ Ａ是小 批量 系统提 高系统 集成度 、 可靠性
的最佳选择之一 ， 支持晶振频率可达上百兆 ， 因此 由
其产 生的正 弦波数 据干扰很 小 ， 而且 速度很快 。还
可以根据外界输入而任 意改变输 出频率 ， 生不 同 产 频率 的信号 ， 于 Ｅ Ｔ系统 目前文献 提 到的 ８ ｌ 、 对 Ｃ 、Ｏ
２ 基 于 Ｆ Ｇ 的可 调 高频 正 弦 波 发 生 电路 Ｐ Ａ
Ｕ Ｓ ） 出 的 一 种 新 的 过 程 层 析 成 像 （ ｒ ｅｓ ＭＩ 提 Ｔ Ｐｏ ｓ ｃ
Ｔ ｍ ｇａｈ ） ｏ ｏｒｐｙ 技术 ， 是未来流动层析成像 的发展 主 流之一 ， 它是通过 测量绝缘 体表 面周 围电极之 间 的电容值来计算物体 内部介 电常数 的空 间分 布 ， 获
的成本 比较 昂贵 ； 内也见有使 用 Ｄ Ｐ作为处理器 国 Ｓ 的文献资料 。 针对 目前 的研究现状 ， 实现 了一 种高速 数据采 集 电路 ， 采用 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ芯片编 程产 生可调 高频正 弦激
电 容 层 析 成 像 （ ｌ ｔｃｌＣｐ ｃａｃ ｏ ｏ Ｅｅ ｒ ａ ａａｉｎ ｅＴ ｍ — ｃｉ ｔ ｇ ｐ ｙＥ Ｔ 技术是过程层析成像 的一种 ， 上世纪 ｒ ｈ ，Ｃ ） ａ 是 ８ ０年代末 由英 国曼彻斯特大 学理 工学 院（ ｎ ｅ ｉ Ｕ ｉ ｒｔ ｖ ｓｙ
取管道截面相分布的微观信 息 的一种 方法 ， 比较常 用 的例子是应用 于管道 的气／ ， 固两相流 的检 液 气／ 测 。这种技术可提供常规仪器无法探测 的封闭管道
及容器中多相介质 的浓度 、 分布、 运动状态等可视化 信息 ， 比之其它多相流 检测技术 电容层 析成像 具有 成本低廉 、 非侵入性 、 用范 围广 、 适 安全性 能佳 等优 点 。
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６ ・ ４
化 工
自 动 化 及 仪 表
第３ ７卷
Ｒ Ｍ 中， Ｏ 按键将 时钟信 号分频 ， 用 数器 累计分频 脉冲的个数 ， 计数器 即为 Ｒ Ｍ 地址发生 器 ， Ｏ 随着地
址 的增 加 便 输 出正 弦 波 数 据 ， 难 理 解 按 键 具 有 调 不
生， 多通 道 选 择 电路 由 ８片 Ｃ ４ ５ 和 一 片 ７ Ｈ ０ Ｄ０ １ ４ Ｃ４
ｏ Ｍａ ｃ ｅ ｔｒ ｎ ｔ ｕｅ ｆ ｃｅ ｃ ａ ｄ ｅ ｈ ｏｏ ｙ， ｆ ｎ ｈ ｓｅ Ｉ ｓｉ ｔ ｏ Ｓ ｉｎ ｅ ຫໍສະໝຸດ Baidu Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｔ
励信号源 ， 同时用它控 制多通 道选择 电路 。对 于不 同流速流体的采集速度可通过可调高频 正弦波按键
进行设置 ， 系统工作在最优状 态 ， 使 使其更符合工程 需求。并将 采集 到的数据进 行线性关 系测试试 验 ， 分析可见 ， 系统工作状态 良好。
检 测 与仪 表
化 动 及 表 ２０３ １ ：～ 工自 化 仪 ，０ ，７ １６ ６ １ （）３ ５
Ｃｏ ｔｏ ｎ ｎｓｒ ｍｅ ｔ ｎ Ｃｈ ｍｉ ａ ｎ ｓｒ ｎｒ ｌａ ｄ Ｉ ｔｕ ｎｓ ｉ ｅ ｃ ｌＩ ｄｕ ｔｙ
Ｅ Ｔ系统 高速数 据 采集 电路 的 实现 Ｃ
周 云龙 高云鹏 衣得武 ， ，