具有远程高速通讯功能的电阻层析成像系统设计

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1、资助项目：国家重大科学仪器设备开发专项（编号：2011YQ12004801）国家自然科学基金（编号：61227006）天津大学工程硕士学位论文具有远程高速通讯功能的电阻层析成像系统设计DesignofElectricalResistanceTomographySystemwithRemoteHigh-speedTransmission领域：控制工程研究生：张金雨指导教师：董峰教授天津大学电气与自动化工程学院二零一五年十一月中文摘要中文摘要电阻层析成像技术（ElectricalResistanceTomography，简称ERT）是一种基于电学敏感原理的过程参数检测技术，具有工作原理和结构简单

2、、响应速度快、可实现可视化测试的特点，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的检测。已有ERT系统数据的采集和处理均采用本地一体化模式，不具有远程数据通信功能，无法与工业控制系统相连接，限制了其在实际工业过程中的应用。针对上述问题，提出了一种具有远程高速通讯功能的电阻层析成像系统，应用现场可编程逻辑门阵列（FieldProgrammableGateArray，简称FPGA）作为主控芯片实现了系统方案设计。课题包括以下四方面工作：（1）针对多相流远距离可视化测试问题，使ERT系统更适用于工业应用。设计了一种现场单元和主控单元异地互连的ERT系统方案，分别确定系统现场单元、主控单元及

3、通讯功能的实现方案。（2）针对系统远程高速通讯要求，基于FPGA内部集成的高速串行收发器设计光纤传输电路。并在FPGA内部设计基于AXI4-streamAurora的高速传输协议逻辑，实现系统光纤传输功能设计，实现了系统的远程高速数据传输。（3）基于系统方案，完成现场单元激励采集电路以及主控单元CPCI接口电路的设计，结合光纤传输电路实现系统现场单元和主控单元模块硬件结构的设计。基于硬件结构，设计现场单元和主控单元包括芯片控制、数字化信号处理、异步缓存、CPCI控制等FPGA逻辑功能模块，实现系统功能。（4）基于现场单元和主控单元模块搭建系统测试平台，在验证系统高速远程的通讯功能后，对系统进

4、行了标定实验，通过实验数据分析了系统性能指标。在测试传感器中放置模拟器件，进行了图像重建测试实验，验证了系统的可行性。关键词：电阻层析成像；系统设计；远程高速通讯；硬件结构；FPGA逻辑；测试实验IABSTRACTABSTRACTElectricalResistanceTomography(ERT)isatypeofprocessparametermeasuringtechnique,ithasthecharacteristicofsimplestructureandworkingprinciple,lowcost,noradiation,rapidresponseandabilityofv

5、isualization.Itissuitablefortheprocessparametermonitoringofclosedpipesandvesselsintheindustrialproductionprocess.However,theexistingERTsystemsaremainlyusedthedesignschemeoflaboratoryinstrumentation,andthedataacquisitionandprocessingunitusesonlythelocalintegrationmode.Itdoesn’thavelong-distancedatat

6、ransmissionfunction,areunabletoconnectwithindustrialcontrolsystems,andlimitsitsapplicationinactualindustrialprocess.Inordertosolvetheaboveproblems,adesignschemeofERTsystemwithremotehigh-speedtransmissionisputforward,andFieldProgrammableGateArray(FPGA)isusedasmaincontrolchiptoachievethesystemscheme.

7、Thethesisincludesfourparts:(1)Aimingattheremotevisualizationmeasurementofmultiphaseflow,tomaketheERTsystemmoresuitableinindustrialapplication,anERTsystemwhosefieldunitandmaincontrolunitareconnectedindiffere