2016年第35卷第10期
传感器与微系统(Transducer and MicrosystemTechnologies）
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DOI:10. 13873/J.10009787( 2016 )10009304
具有高速远程通信功能的工业ERT系统设计
张金雨，谭超，董峰
（天津大学天津市过程检测与控制重点实验室，天津300072）
摘要：针对多相流远距离可视化测试问题，提出一种具有高速远程通信功能的工业电阻层析成像（ERT)系统。该系统采用现场单元和主控单元异地光纤高速通信方案，通过光纤收发电路与高速传输协议逻辑设计，实现系统高速远程通信功能。通过现场单元串行采集方案电路设计，使系统结构更加紧凌、可靠性更高。通过现场可编程门阵列FPGA)数字化信号处理和异步缓存逻辑设计，使系统远程数据采集更为精确完整。通过测试实验和图像重建，验证所建立系统的性能，系统光纤传输线速率达625Mbps，
误码率低于10-12，测量重复性和成像速率指标满足工业应用需求，系统具备远程可视化测量能力。关键词：电阻层析成像系统；异地连接；远程高速传输；结构设计：图像重建
中图分类号：TP216
文献标识码：A
文章编号：1000-9787(2016)10-0093-04
DesignofindustrialERTsvstemwithhigh-speed
remote communicationfunction
ZHANG Jin-yu, TAN Chao, DONG Feng
( Tianjin Key Laboratory of Process Measurement and Control, Tianjin University,
Tianjin 300072, China )
Abstract: Aiming at remote visualization measurement problem of multiphase flow, an industrial electrical resistance tomography( ERT ) system with remote high-speed communication function is designed. The system uses optical fiber high-speed transmission to connect field unit and main control unit, by designing fiber-optic transceiver circuit and high-speed transmission protocol logic, high-speed remote communication function is realized. Through circuit design of serial acquisition scheme in field unit, structure of system is more compact and reliable. Through FPGA digital signal processing and logic design of asynchronous cache, remote data acquisition of pueuaadasaen pasyseoaaenaoepueadr sases reconstruction,transmission rate of optical fiber is 625 Mbps and bit error rate is lower than 10 12 , measurement repeatability and imaging rate of system meets industrial application requirement, and the system has remote visualization measurement function.
Key words: electrical resistance tomography( ERT ) system; different place connection; remote high-speed transmission; structure design ; image reconstruction
0引言
电阻层析成像技术（electrical resistancetomography ERT)是一种基于电学敏感原理的分布式过程参数检测技术。具有工作原理和结构简单、响应速度快、可实现可视化测试特点，适用于工业生产中封闭管道和容器设备的过程状态和参数检测12]。尤其在石油、化工、冶金、动力、能源等各个工业领域普避存在的多相流动过程参数的测试中， ERT技术具有独特的优势3.4]。然而，已有的ERT系统数据的采集和处理均采用本地一体化模式，无法实现特殊环
收稿日期：2015-11-12
境数据的远程传输功能，难以与网络化工业控制系统相连接，限制其在现代工业过程中的应用。
针对上述问题，设计了一种具有高速远程通信功能的工业ERT系统，突破以往系统设计中数据采集和处理本地一体化模式。采用现场单元和主控单元异地连接方案，分别实现测试数据的获取、预处理和图像重建功能。通过光纤收发电路和高速传输协议逻辑设计，实现了系统高速远程数据传输；通过现场单元串行采集结构激励采集电路和主控单元CPCI接口电路设计，简化了系统的结构，增强了
*基金项目：国家自然科学基金资助项目（61571321,61227006）；天津市科技创新体系及平台建设计划资助项目（13TXSYJC40200）