第5期
Techniqueand Sensor
Instrument
电阻层析成像系统的设计
表全，杨道业，金月娇
（南京工业大学电气工程与控制科学学院，江苏南京211816）
No.5
摘要：针对传统的电阻层析成像系统存在的精度低、稳定度差、动态响应慢的间题，设计了一种新型的ERT测量系
统。主要从硬件电路设计及微弱信号处理着手，提出了解决方案。硬件部分主要设计了激励信号源、电流源电路、电极选通逻辑控制电路、程控放大、乘法解调、低通滤波等功能电路，实现了对ERT微弱信号的调理。以STM32F4作为主控芯片，采用模数转换器AD7606实现了数据采案，提高数据采集系统硬件电路的性能，提高系统的稳定性、实时性和数据精度。
关键词：ERT；多相流；激励信号源；信号调理
中图分类号：TP934
文献标识码：A
文章编号：1002-1841(2016)050044-03
Design of Electrical Resistance Tomography System
YUAN Quan, YANG Dao-ye,JIN Yue-jiao
(Institute of Electrical Engineering and Control Science,Nanjing University of Technology,Nanjing 211816, China) Abstract: For the presence of the conventional electrical resistance tomography system accuracy is low,the stability is poor,
the dynamic response is slow,a new type of ERT measurement system was designed.Hardware circuit was analyzed and weak signal processing was done in order to solve theses problems.Hardware mainly included the excitation signal source,a current source cir-cuit,electrode gating logic eontrol circuit,a programmable amplification,multiplication demodulator and low-pass filtering function circuit to solve the ERT weak signal conditioning.Through adopting STM32F4 as the main chip of electrical resistance tomography system, data acquisition was realized by using a digital converter AD7606,which improved the performance of the hardware circuit
of data acquisition system,improving the stability,real-time performance and data accuracy of the system. Keyword;ERT;multiphase flow;excitation signal source;signal conditioner
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引言
电阻层析成像ERT（ElectricalResistance Tomo-graphy）是一种非常有潜力的两相流/多相流检测技术，可实现对封闭的管道或容器设备内部多相流物质参数的可视化测量，具有广阔的应用前景["]。它的物理基础是基于不同的媒介具有不同的
中媒介的分布情况。适用于液-气混合或液-固混合场的信息测量，其有信息量大、非侵人性、成本低、安全性好等特点，可以实现对被测物场分布的在线或离线成像，是一种新型的检测手段(2]。
1电阻层析成像测量原理
基于电学敏感原理，在测试场边界放置电极阵列，采用一定的方式在电极上施加激励信号，同时测量其他电极处的信号，采用一定的成像算法完成对测试场内电导率分布的二维/ 三维重建图像。16电极ERT系统一般股采用相邻激励动与相邻测量工作模式[3]，如图1所示，其工作过程是以其中一对相邻电极作为激励电极，注人恒定激励电流建立敏感场，按照一定旋转方向依次测量除激励电极外的相邻电极间电势差，获取电压信号，然后按照旋转方向依次切换激励电极获取其他电极的测量电压，直到所有电极被激励和测量。得到一个反映管道内电
基金项目：国家自然科学基金项目（51106070）收稿日期：201509-16
阻率分布的测量矩阵，利用该矩阵，通过反演算法，反演出管道内各相物质的分布图像。
激脂测量旋转
两相流体
? 电压测量
电流激陷！
电极传感器
图1ERT系统相激励和相邻测量方式
电阻层析成像系统的整体结构
ERT系统整体结构如图2所示。ERT系统通常由4个主要部分构成，激励信号产生和恒流源电路；传感器电极陈列控制激励和测量电极的选通；数据的采集和处理，主要是微弱信号的调理包括前置差分放大和高通滤波电路、程控放大电路，乘法解调电路和低通滤波电路；图像重建与显示，对采集的数据进行处理，获得被测物场介质分布的二维或三维图像，并借助重建图像或采集数据提取物场的特征参数。