雙敏感電極陣列ERT系統總體設計

基于電阻層析成像技術的兩相流速度測量系統研究2002年11月(2)

2.3 雙敏感電極陣列ERT系統總體設計

如圖5所示是基于STD總線的雙敏感電極陣列ERT系統的總體設計框圖.為了工業應用的需求和提高其自身抗干擾能力,在該系統中采取了一些隔離保護措施.敏感電級陣列間的切換控制是由單刀雙擲模擬開關(APDT)實現的.電極之間的切換控制是由高速模擬開關來完成,其開一關過渡時間為400ns.放大器采用高信噪抑制比的可編程儀用放大器.數據采集采用100ksps  12  bit  ADC轉換器.

              圖5   TERT-Ⅲ型雙敏感陣列電阻層析成像系統總體設計框圖

3  實驗測試與分析

   氣泡成像和氣/液兩相流氣相速度測量實驗是在一內徑為50mm的垂直管模擬裝置上完成的.雙敏感電級陣列傳感器安裝在垂直管的中間段,兩平面相距75mm.垂直管底部的進氣閥可調節氣速大小和氣泡大小,垂直管里的液相為自來水.

   圖6所示兩敏感陣列ERT系統同時成像的圖像重建采用靈敏度系數算法,在相鄰模式/激勵頻率為20kHz條件下一幅圖象需獲取104個邊界測量電壓數據.從成像結果來看,該系統能直觀顯示氣泡的位置和大小且兩陣列的相似性較好,這對利用測量信號直接相關或重建圖像后的像素相關來測量氣相速度及其分布打下了良好的基礎.

             圖6  兩敏感陣列同時成像測試

圖7a所示是在彈狀流情況下,上游敏感陣列平面在電極1一2激勵,電極3一4,4一5,…,14一15,15一16測量的13個邊界電壓平均值的512點顯示.圖7b是下游敏感陣列平面在同樣條件下的512點顯示.圖7c是兩信號的互相關函數計算值.從圖7c中得出峰值位置是n=58,由于采樣時間間隔 ,所以 .由式(3)可以求出氣相平均速度為L/ =75/175=0.429(m/s),而上述情況通過米尺和秒表的測量結果為0.48m/s,所以其比對測量誤差約為10.63%.

                      圖  7

4  結論

   優化設計出的雙敏感電級陣列ERT系統實時性能提高,數據獲取速度達25幅/s(20kHz,104點/幅,雙平面).經過實驗測試表明,該系統能兩平面同時直觀地測量和顯示氣/液兩相流氣泡位置和大小;利用測量信號直接相關能實現氣相平均速度測量,比對誤差約為10.6%.該系統.該系統還具有像素相關測氣速及分布功能.為了使ERT技術盡快應用到工業現場中去,還需在傳感器理論模型、實時性能提高及圖像重建算法等方面作進一步深入研究.