基于LabVIEW的直接三维电容层析成像系统.pdf

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1、20l3年仪表技术与传感器2O13第5期InstrumentTechniqueandSensorNn5基于LabVIEW的直接三维电容层析成像系统周英钢，方政，颜华(沈阳工业大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳110870)摘要：常规的电容层析成像系统只能提供典型层面的二维断层图，但多数过程发生在三维空间。基于虚拟仪器技术．设计开发了一种不经过二维断层成像的直接三维电容层析成像系统。该系统可分为传感器系统、数据采集系统和成像计算机3部分。数据采集系统以内置电容传感模块的C805lF700单片机为核心构成，采集各极板间的电容数据。计算机完成图像重建，图

2、像显示以及ECT系统控制等功能。由于采用高集成度的C8051F700和LabVIEW软件开发平台，所开发的系统结构简单成本低，易实现远程监测。关键词：电容层析成像；直接三维重建；LabVIEW；C8051F700单片机中图分类号：TP273，TP274文献标识码：A文章编号：1002—1841(2013)05—0014—02Direct3DElectricalCapacitanceTomographySystemBasedonLabVIEWZHOUYing—gang，FANGZbeng，YANHua(SchoolofInformationScie

3、nceandEngineering，ShenyangUniversityofTechnology，Shenyang110870，China)Abstract：Aconventionalelectricalcapacitancetomography(ECT)systemcanonlygenerate2Dtomogramsofatypicalsee—tion．However，mostprocessestakeplacein3Dspace．Adirect3DECTsystemwithoutusing2Dtomogramswasdevelopedbase

4、dOnvirtualinstrumenttechnology．Thesystemcallbedividedintothreeparts：sensorsystem，dataacquisitionsystemandimagingcomputer．ThedataacquisitionsystemtookC8051F700，acapacitivesensingmixed—signalMCU，asthecoretoacquirethecapaci—tancedataofallelectrodepairs．Thecomputerimplementsimage

5、reconstruction，imagedisplayandECTsystemcontro1．SinceC8051F700isahighlyintegratedchipandLabVIEWisusedassoftwareenvironment．thissystemissimpleinstructure．1owincostandeasyinremotemonitoring．Keywords：electricalcapacitancetomography；direct3Dreconstruction；LabVIEW；C8051F700MCU0引言布置

6、2层或2层以上的量极板。电容层析成像(ECT，electricalcapacitancetomography)是一种基于电容敏感原理的过程成像技术，依靠检测非导电物场内介质分布变化引起的电容值变化，重建被测物场的介质(介电常数)分布，具有成本低、响应速度快、非侵入、安全性能好、适用范围广等优点，工业应用前景广阔。常规的电容层析成像系统只能提供典型层面的二维重建图像，但多数过程发生在三维空间。近几年国际上兴起的直接三维电容层析成像技术可实现不经过二维断层图的三维重建，因此备受关注。文中采用虚拟仪器技术，开发设计了一种直接三维ECT系统。1直接三维E

7、CT系统的组成传感器系统与常规的ECT系统一样，直接三维ECT系统也由传感器系统、数据采集系统(下位机)和成像计算机(上位机)3部分组图1直接三维ECT系统组成框图通常投影数据采集系统采用直流充放电或交流C／V转换成，如图1所示。其中，传感器系统由绝缘管道、安装在绝缘管微小电容测量方案，需要大量的分立元件组成电路，结构道外壁的Ⅳ个金属极板以及防止外界电磁干扰的接地屏蔽罩复杂抗干扰能力差。文中所设计的投影数据采集系统以内置组成；数据采集系统用来测量任意极板对之间的电容值，获得电容传感模块的C8051F700单片机为核心而构成。C8051FTO0不同

8、角度下的投影数据；成像计算机采用适当的重建算法，由含有32个电容输入端口，各金属极板通过同轴电缆与电容输投影数据直接重建出管道内电介质(