新型ECT数据采集系统的制作方法

本发明涉及一种数据采集系统，尤其是一种新型ECT数据采集系统。

背景技术：

电容层析成像技术(ECT)是一项基于电容敏感原理的过程层析成像技术。它具有响应速度快、与被测物流非接触、安装简便及成本低等特点，能提供封闭容器及管道内部物流情况的二维或三维可视化信息，在工业过程参数的可视化检测应用中已经成为一种非常有发展潜力的技术。

目前，ECT系统主要由多电极电容传感器、数据采集系统以及成像计算机等构成，其中数据采集是最为关键的中间环节。依目前的技术，ECT探测器系统的最大成像速度大约是100帧／s，难以保证成像系统的实时性。在数据采集系统中使用大量的模拟器件，如模拟解调器以及模拟滤波器因为受到自身精确度的限制以及其他因素的干扰，测量的精确度更加难以保证。

技术实现要素：

本发明提出了一种新型ECT数据采集系统，提高了数据采集的速度和精确度。

本发明所采用的技术方案是：新型ECT数据采集系统以现场可编程门阵列(FPGA)作为ECT数据采集系统的核心控制单元，还包括传感器几班控制阵列，C/V转换，差分放大、A/D转换、补偿、USB接口、PC机。

FPGA作为系统的控制单元控制着交流激励电压信号的产生；控制每个电极在三个状态(激励、检测和接地)之间的转换；协调A／D转换的采样时钟。在开始一个周期的电路测量时，首先FPGA控制产生交流激励电压加载到激励电极上，然后检测选中电极对之间的电容值，通过C／V转换电路将其转换成电压值，用A／D转换电路将输出的电压值直接模／数转换，然后将数字化的数据在FPGA内部进行数字解调，解调完成之后，将结果送人FIFO缓存中，最后通过USB并行接口将所需数据传送到成像计算机进行图像的重建。

所述FPGA包括存储器、调节滤波器、DDS信号发生器、控制极板切换电路。

DDS信号发生器在参考时钟的驱动下，相位累加器对频率控制字进行线性的累加，得到的相位码对波形存储器寻址，使之输出相应的幅度码，经过模／数转换器得到相应的阶梯波，最后利用低通滤波器对这个阶梯波进行平滑处理，最后得出所需要的频率平滑、波形连续的信号。

ECT数据采集系统极板控制电路采用串行的检测模式进行。当采用三电极激励双电极检测的方式对电容传感器进行测量时，即当电极组合1为激励时，激励电压加载到电极1、2、3这三个极板上，检测电路连接到极板4、5上面，其余的那些电极板则接地。按照排列组合原理对其它电极进行循环采样，一直到192个不同值都被测量出来，就完成一个周期的测量。电容传感器的每一块电极板都有三种工作模式，分别是作为激励的电极板、作为检测的电极板，以及电极板接地。

采用电极板控制电路来对电极板不同工作方式进行切换。采用16电极的ECT电容传感器，由于每个极板有三个控制开关，因此总共有48个电子开关对极板进行控制。选取FPGA上的48个引脚分别对这48个电子开关进行控制。FPGA内部，在时钟的控制下，不同时刻不同引脚或为高电平或为低电平，从而控制电子开关的闭合与断开，以达到极板工作方式的切换。

ECT探测器系统数字解调指由模／数(A／D)转换器对经过C／V转换电路的信号进行采样，然后将数字化的信号传送至高性能的数字信号处理器，在处理器内部利用数值计算的算法计算出被测信号的幅度数值和相应的相位信息。模块采用正交序列解调的方法，该解调方法是将匹配滤波器的相关理论运用到里面。匹配滤波器在原理上是属于线性滤波器，在白噪声的影响下使输出的信噪比达到最大值。

本发明的有益效果是：采用基于FPGA的ECT数据采集系统可以有效地对输出信号幅值与频率进行调整。通过FPGA来控制电容传感器极板切换电路，在节约空间的同时降低系统组件成本，并且通过数字解调可以减少低通滤波等环节时间开销。由于MAC工作频率高于ADC采样频率，在A／D转换完成之后的下一个周期就可得到解调结果，提高了数据采集的速度和精确度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是新型ECT数据测量与采集系统图。

图2是每个电极单独使用一个C/V转换电路图。

图3是所有的电极共同使用一个C/V转换电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，新型ECT数据采集系统以现场可编程门阵列(FPGA)作为ECT数据采集系统的核心控制单元，还包括传感器几班控制阵列，C/V转换，差分放大、A/D转换、补偿、USB接口、PC机。

FPGA作为系统的控制单元控制着交流激励电压信号的产生；控制每个电极在三个状态(激励、检测和接地)之间的转换；协调A／D转换的采样时钟。在开始一个周期的电路测量时，首先FPGA控制产生交流激励电压加载到激励电极上，然后检测选中电极对之间的电容值，通过C／V转换电路将其转换成电压值，用A／D转换电路将输出的电压值直接模／数转换，然后将数字化的数据在FPGA内部进行数字解调，解调完成之后，将结果送人FIFO缓存中，最后通过USB并行接口将所需数据传送到成像计算机进行图像的重建。

如图2、图3，电极控制电路中，当激励电压加载到电极i，检测电路接到电极，时，则电子开关S2i，S1，闭合，电子开关S1i，S2f，Sei，Sei断开。当激励电压加载到电极J，而检测电路连接到电极i上时，电子开关S2f，S1i闭合，电子开关S1i，S2i，Sei，Sei断开。

ECT数据采集系统极板控制电路采用串行的检测模式进行。当采用三电极激励双电极检测的方式对电容传感器进行测量时，即当电极组合1为激励时，激励电压加载到电极1、2、3这三个极板上，检测电路连接到极板4、5上面，其余的那些电极板则接地。按照排列组合原理对其它电极进行循环采样，一直到192个不同值都被测量出来，就完成一个周期的测量。电容传感器的每一块电极板都有三种工作模式，分别是作为激励的电极板、作为检测的电极板，以及电极板接地。

采用电极板控制电路来对电极板不同工作方式进行切换。采用16电极的ECT电容传感器，由于每个极板有三个控制开关，因此总共有48个电子开关对极板进行控制。选取FPGA上的48个引脚分别对这48个电子开关进行控制。FPGA内部，在时钟的控制下，不同时刻不同引脚或为高电平或为低电平，从而控制电子开关的闭合与断开，以达到极板工作方式的切换。