【摘 要】
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气液固三相流化床在石油、化工、制药、环保等领域中应用广泛,准确地提取相含率、流速等流动参数,对于安全、高效生产具有重要意义。由于多相流流动特性复杂,现有检测方法实时性难以满足气液固三相流检测要求。电学层析成像具有非侵入、无辐射、响应速度快和可视化等优点,在气液固三相流参数检测中具有明显优势;融合两个或多个模态的电学成像方法有望解决气液固三相各相含率分布的在线检测问题。本文针对气液固三相流参数检测的
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目:61671319； 国家重大科研仪器研制项目:61627803；
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气液固三相流化床在石油、化工、制药、环保等领域中应用广泛,准确地提取相含率、流速等流动参数,对于安全、高效生产具有重要意义。由于多相流流动特性复杂,现有检测方法实时性难以满足气液固三相流检测要求。电学层析成像具有非侵入、无辐射、响应速度快和可视化等优点,在气液固三相流参数检测中具有明显优势;融合两个或多个模态的电学成像方法有望解决气液固三相各相含率分布的在线检测问题。本文针对气液固三相流参数检测的需求,研究快速电/磁层析成像系统设计,主要工作如下:1、提出具有扩展动态范围的多频数字相敏解调方法,并设计了验证电路。实验结果表明,在不增加可变增益环节的前提下,数字解调电路的动态测量范围可扩展至原水平的4倍以上,且最大误差低于4.8%。2、为测量颗粒/粉体材料的的磁导率,设计了4抽头螺线管传感器,并提出基于现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Arrays,FPGA）的数字化测量系统。对于颗粒/粉体材料,本测量系统不需将材料预制为特定机械结构/形状,可直接测量,具有使用便捷、频带范围宽、数据重复性好等特点;同时,可作为电磁层析成像（Electromagnetic Tomography,EMT）的预标定组件,对于准确测量高磁导率/电导率固相颗粒/粉体材料的含率具有现实意义。3、设计并测试了基于多FPGA结构的并行电/磁层析成像系统,可直接在前端传感器电路完成数模转换,减少模拟信号处理电路规模,提高整体信噪比;系统集成多模态的激励信号源,适时切换适合ECT/ERT/EMT传感器激励信号;以Micro Blaze微处理器作为电学成像系统控制器,通过读取EEPROM/FLASH内的配置数据,可实现不同的激励测量策略。初步测试表明,该系统具备良好的扩展性,可适应不同模态、不同通道数的电学成像传感器的测量需求,系统信噪比可达到60 d B以上,且具有良好的重复性。4、此外,研究了基于脉宽调制方法的EMT激励信号源,通过电路仿真评估其性能,并给出硬件设计方案,可满足大口径EMT传感器大电流激励的需求。最后,总结了本文的主要工作,并对系统的改进提出了意见。
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