CN107677706A - 高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统及检测方法 - Google Patents

高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统及检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107677706A
CN107677706A CN201710733745.2A CN201710733745A CN107677706A CN 107677706 A CN107677706 A CN 107677706A CN 201710733745 A CN201710733745 A CN 201710733745A CN 107677706 A CN107677706 A CN 107677706A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
module
electrode
supercentrifuge
detecting system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710733745.2A
Other languages
English (en)
Inventor
赵桐
苗立
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian University of Technology
Original Assignee
Xian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian University of Technology filed Critical Xian University of Technology
Priority to CN201710733745.2A priority Critical patent/CN107677706A/zh
Publication of CN107677706A publication Critical patent/CN107677706A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/045—Circuits

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统，包括自动电极切换模块，自动电极切换模块分别与恒流器、数据采集模块以及微机连接，恒流器、数据采集模块分别也与微机连接，微机又与无线数据传输模块连接，无线数据传输模块通过无线传输的方式向主机发送解调后的电压，本发明还公开了一种高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统的检测方法，本发明解决了现有技术中存在的离心机检测系统图像不清晰、系统体积庞大、不适用于工业应用的问题。

Description

高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统及检测方法
技术领域
本发明属于工业过程在线检测技术领域，具体涉及一种高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统，本发明还涉及高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统的检测方法。
背景技术
离心机是一种从液相中分离固体的首选工具，因为他们能够实现很高的离心力。在颗粒悬浮液中的粒子分布行为是非常有趣的，它可以作为离心机性能的指标，也可以作为研究粒子和流体之间的相互作用机制的一种手段。因此，对于离心机中的粒子分布成像是要求很高的。
在过去的10年里，大多数研究是用层析成像技术去实现在固液两相流中的非入侵式的粒子分布成像。在这些技术中，电层析成像技术在工业中应用最多，是因为它的分辨率高，低成本，简单。对于导电介质的粒子分布成像，可以选择EIT(Electrical ImpedanceTomography)系统和ERT(Electrical Resistance Tomography)系统。通过使用EIT，与测量信号相移有关的阻抗的虚部可以用来提取额外的附加信息，从而有利于在生物相关过程中利用EIT。另一方面，在大多数工业应用中，像离心机一样，阻抗的真实成分是材料的主要特性，并且在ERT系统中，对于粒子分布图像包含了足够的信息。然而，ERT和EIT系统都不适用于离心机，因为离心机在高转速下工作，离心力通常高于重力的1000倍。因此，小型化和无线传感系统的发展对离心机内粒子分布成像是必要的。
无线阻抗监测在临床诊断和结构健康监测方面得到了广泛的研究，如心脏输出、呼吸和体液监测，因为它的高密实度、灵活性和易于测量数据的收集。比如，Lee et al.开发出一个低功率、可穿戴的、单配对电极的生物阻抗监测系统，它是用电线电频率连续监测。Depari et al.开发出一个多传感器系统，由光学传感器和电子传感器组成，通过蓝牙连接，在运动活动中进行物理健康监测，从而提供有关运动员身体反应的信息，这是基于测量但对电子生物阻抗数据得出来的。最近，针对单对电极生物阻抗系统，Huang et al.开发了一种无线便携EIT系统，通过蓝牙连接，用于在呼吸过程中对人类肺部的无线非入侵式可视化中。
然而，对于离心机来说，用于生物的EIT系统是不可能的，因为接下来的两个问题导致了离心机对于WERT(Wireless Electrical Resistance Tomography)系统有更多的需求。第一，对于人体生物阻抗的测量的安全限流限制，应该注入稳定电流以确保不超过10μA。但是，在这种微小的电流水平下，很难在离心机中实现粒子的分布成像。第二，WERT不需要考虑阻抗的虚部，因为阻抗的虚部会给测量系统带来额外的负担。在高离心加速度条件下，任何不必要的负担都可能降低测量系统的可靠性和稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统，解决了现有技术中存在的离心机检测系统图像不清晰、系统体积庞大、不适用于工业应用的问题。
本发明的另一目的是提供一种高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统的检测方法。
本发明所采用的第一技术方案是，高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统，包括自动电极切换模块，自动电极切换模块分别与恒流器、数据采集模块以及微机连接，恒流器、数据采集模块分别也与微机连接，微机又与无线数据传输模块连接，无线数据传输模块通过无线传输的方式向主机发送解调后的电压。
本发明第一技术方案的特点还在于，
自动电极切换模块包括连接于待测电极模块上的模拟转换开关，待测电极模块包括均匀分布在PVC管上的N对待测电极，待测电极与模拟转换开关的对应关系为：2N个待测电极需要4N个并行数字数据控制4*2N个模拟转换开关同时转换，每个模拟转换开关和微机之间还连接有移位寄存器，微机控制模拟转换开关运行，待测电极模块通过恒流器注入恒流之后，待测电极模块表面间的边界电压通过数据采集模块测量和输出。
恒流器包括与微机连接的直接数字频率合成器，直接数字频率合成器又依次与高通滤波器A、电压电流转换器连接，电压电流转换器又与所述自动电极切换模块连接。
数据采集模块包括滤波差分放大模块，滤波差分放大模块包括同时与所述自动电极切换模块连接的两个高通滤波器B，两个高通滤波器B分别与差分放大器的正负输入端连接，差分放大器的输出端又通过高通滤波器C依次与锁定放大器、仪表放大器连接，仪表放大器又依次与模拟转换开关、电压转换模块、微机连接。
本发明所采用的第二技术方案是，一种高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统的检测方法，基于高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统，具体按照以下步骤实施：
步骤1、微机控制直接数字频率合成器产生所需频率和幅值的正弦电流信号；
步骤2、设置高通滤波器A的截止频率，步骤1中正弦波通过高通滤波器A滤波后输出信号同时传输到数据采集模块和电压电流转换器；
步骤3、通过电压电流转换器产生的精确恒流信号，输出集电极电流，然后此集电极电流传输到自动电极切换模块，自动电极切换模块通过微机来控制模拟转换开关，使得待测电极模块的表面电极连接到恒流器，从而将电压电流转换器产生的恒流信号注入到目标域，即待测电极模块；
步骤4、当待测电极模块注入恒流之后，系统采用电流激励、电压检测的“四电极模式”，数据采集模块测量和收集电极表面的边界电压，此处两个电极的电位响应通过高通滤波器B滤波，去除掉小于8Hz的低频率；
步骤5、步骤4中高通滤波器B滤波后的信号，通过差分放大器，从而得到两个电极之间的放大电压：电压放大倍数为式中Rf表示反馈电阻，Rg表示为增益设置电阻；
步骤6、再次通过高通滤波器C滤波，将差分放大器产生的低频分量消除，去除掉小于8Hz的低频率；
步骤7、步骤6产生的电压信号和步骤2产生的参考信号，共同通过锁定放大器进行解调，其中，电压放大倍数为Ad＝0.1×0.6＝0.06，进而解调成与恒流源同频率的基准信号；
步骤8、由步骤7产生的解调电压信号再在锁定放大器中进行低频滤波，过滤掉高于53Hz的频率，以获得与输入信号和参考信号之间的信号幅度和相位差成正比的电压的直流电压；
步骤9、步骤8输出的直流电压经过仪表放大器，电压放大倍数为得到提高一个量级的分辨率，式中Rf表示反馈电阻，Rg表示为增益设置电阻；
步骤10、步骤9得到的模拟电压信号由模拟转换开关进行数字化，并依次通过微机、无线数据模块传输到主机，在主机中通过总变分重建算法实现重建断面的粒子分布图像。
本发明第二技术方案的特点还在于，
步骤1中的频率f＝2kHz、幅值I＝1.15mA。
步骤2中高通滤波器A的截止频率设置为8Hz，输入到数据采集模块的峰峰值电压Vpp＝1.2V。
步骤3中输出的集电极电流Ic＝1.15mA。
步骤5中Rf＝24.7K,Rg＝0.2K。
步骤9中Rf＝24.7K，Rg＝1.5K。
本发明的有益效果是，高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统及检测方法，通过对自动电极切换模块、恒流器、数据采集模块、无线数据传输模块进行微型化，实现了在高速离心机中应用的无线和敏捷特性。
附图说明
图1是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统结构示意图；
图2是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统中自动电极切换模块结构示意图；
图3是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统中恒流器的结构示意；
图4是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统中数据采集模块的结构示意图；
图5(a)是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案a的实际图像；
图5(b)是是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案a的BP算法重建图像；
图5(c)是是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案a的GN算法重建图像；
图5(d)是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案a的TV算法重建图像；
图6(a)是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案b的实际图像；
图6(b)是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案b的BP算法重建图像；
图6(c)是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案b的GN算法重建图像；
图6(d)是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案b的TV算法重建图像；
图7(a)是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案c的实际图像；
图7(b)是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案c的BP算法重建图像；
图7(c)是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案c的GN算法重建图像；
图7(d)是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案c的TV算法重建图像；
图8(a)是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案d(颗粒层厚度T＝10mm)的实际图像；
图8(b)是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案d的BP算法重建图像；
图8(c)是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案d的GN算法重建图像；
图8(d)是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案d的TV算法重建图像；
图9(a)是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案e(颗粒层厚度T＝15mm)的实际图像；
图9(b)是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案e的BP算法重建图像；
图9(c)是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案e的GN算法重建图像；
图9(d)是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案e的TV算法重建图像；
图10(a)是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案f(颗粒层厚度T＝20mm)的实际图像；
图10(b)是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案f的BP算法重建图像；
图10(c)是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案f的GN算法重建图像；
图10(d)是本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测方法中实验方案f的TV算法重建图像。
图中，1.自动电极切换模块，2.恒流器，3.数据采集模块，4.微机，5.无线数据传输模块，6.主机，7.待测电极模块，8.模拟转换开关，9.移位寄存器，10.直接数字频率合成器，11.高通滤波器A，12.电压电流转换器，13.滤波差分放大模块，14.锁定放大器，15.仪表放大器，16.电压转换模块，17.高通滤波器B，18.差分放大器，19.高通滤波器C。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统，结构如图1所示，包括自动电极切换模块1，自动电极切换模块1分别与恒流器2、数据采集模块3以及微机4连接，恒流器2、数据采集模块3分别也与微机4连接，微机4又与无线数据传输模块5连接，无线数据传输模块5通过无线传输的方式向主机6发送解调后的电压。
如图2所示，自动电极切换模块1包括连接于待测电极模块7上的模拟转换开关8，待测电极模块7包括均匀分布在PVC管上的N对待测电极，待测电极与模拟转换开关8的对应关系为：2N个待测电极需要4N个并行数字数据控制4*2N个模拟转换开关8同时转换，每个模拟转换开关8和微机4之间还连接有移位寄存器9，微机4控制模拟转换开关8运行，待测电极模块7通过恒流器2注入恒流之后，待测电极模块7表面间的边界电压通过数据采集模块3测量和输出。
如图3所示，恒流器2包括与微机4连接的直接数字频率合成器10，直接数字频率合成器10又依次与高通滤波器A11、电压电流转换器12连接，电压电流转换器12又与所述自动电极切换模块1连接。
如图4所示，数据采集模块3包括滤波差分放大模块13，滤波差分放大模块13包括同时与自动电极切换模块1连接的两个高通滤波器B17，两个高通滤波器B17分别与差分放大器18的正负输入端连接，差分放大器18的输出端又通过高通滤波器C19依次与锁定放大器14、仪表放大器15连接，仪表放大器15又依次与所述模拟转换开关8、电压转换模块16、微机4连接。
一种高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统的检测方法，基于高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统，具体按照以下步骤实施：
步骤1、微机4控制直接数字频率合成器10产生所需频率和幅值的正弦电流信号，频率f＝2kHz、幅值I＝1.15mA；
步骤2、设置高通滤波器A11的截止频率为8Hz，步骤1中正弦波通过高通滤波器A11滤波后输出信号同时传输到数据采集模块3和电压电流转换器12，高通滤波器A11的截止频率设置为8Hz，输入到数据采集模块的峰峰值电压Vpp＝1.2V；
步骤3、通过电压电流转换器12产生的精确恒流信号，输出集电极电流Ic＝1.15mA，然后此集电极电流传输到自动电极切换模块1，自动电极切换模块1通过微机4来控制模拟转换开关8，使得待测电极模块7的表面电极连接到恒流器2，从而将电压电流转换器12产生的恒流信号注入到目标域，即待测电极模块7；
步骤4、当待测电极模块7注入恒流之后，系统采用电流激励、电压检测的“四电极模式”，数据采集模块3测量和收集电极表面的边界电压，此处两个电极的电位响应通过高通滤波器B17滤波，去除掉小于8Hz的低频率；
步骤5、步骤4中高通滤波器B17滤波后的信号，通过差分放大器18，从而得到两个电极之间的放大电压：电压放大倍数为式中Rf表示反馈电阻，Rg表示为增益设置电阻，Rf＝24.7K,Rg＝0.2K；
步骤6、再次通过高通滤波器C19滤波，将差分放大器18产生的低频分量消除，去除掉小于8Hz的低频率；
步骤7、所述步骤6产生的电压信号和所述步骤2产生的参考信号，共同通过锁定放大器14进行解调，其中，电压放大倍数为Ad＝0.1×0.6＝0.06，进而解调成与恒流源2同频率的基准信号；
步骤8、由所述步骤7产生的解调电压信号再在锁定放大器14中进行低频滤波，过滤掉高于53Hz的频率，以获得与输入信号和参考信号之间的信号幅度和相位差成正比的电压的直流电压；
步骤9、所述步骤8输出的直流电压经过仪表放大器15，电压放大倍数为得到提高一个量级的分辨率，式中Rf表示反馈电阻，Rg表示为增益设置电阻，Rf＝24.7K，Rg＝1.5K；
步骤10、所述步骤9得到的模拟电压信号由模拟转换开关8进行数字化，并依次通过微机4、无线数据模块5传输到主机6，在主机6中通过总变分重建算法实现重建断面的粒子分布图像。
高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统的检测方法中，微机4主要是用来控制恒流的大小和频率的，适当的避免电化学反应和提高测量的抗干扰能力。恒流器2在微机4的控制下，直接数字频率合成器10产生一种特殊频率的正弦波，然后通过高通滤波器A11过滤，截止频率为8Hz，以提高信号质量。自动电极切换模块1采用微机4来控制模拟转换开关8，使表面电极连接到恒流器2，将恒流注入到目标领域，或连接到数据采集模块3获得和解调边界电压。模拟转换开关8数目取决于电极数量，在系统中，2N个电极需要4N个并行数字数据，去控制所有4*2N个模拟转换开关8同时转换，有时候会造成接口不足的问题，为解决这个问题，用移位寄存器9连接微机4和模拟转换开关8。当注入恒流之后，在电极表面间的边界电压是通过数据采集模块3来测量和收集的。数据采集模块3的工作原理是，两个电极的电位响应首先通过高通滤波器B17过滤，去除掉可能的低频率和8Hz的截止频率，然后计算出两电极间的电压的电位差，之后再通过差分放大器18放大。然后电压信号通过锁定放大器14解调，解调成与恒流器2一样频率的基准信号，解调的电压信号通过一个53Hz的截止频率的锁定放大器14，来获得直流电压，这个直流电压与振幅和输入与参考信号间的相位差成正比。再之后，电压信号再一次通过仪表放大器15放大，放大比率为34，目的是为了提高测量的分辨率，最终，电压转换模块16使信号数字化，通过内部集成电路传输到电脑中。
仿真验证：
将16个9mm直径电极均匀的分布在直径为115mm，高为20mm的PVC管和质量百分比为0.1％的NaCl溶液中，考虑到连接测量电极和数据采集电路的电缆引入了干扰因素，因此引入同轴电缆用于屏蔽干扰或杂散电容，此外连接电缆被调整的尽可能短。
在仿真试验中，构造两种形式的测试样品，分别为如下：
1.首先，将直径为25mm的丙烯酸圆柱置于不同位置，然后注入NaCl溶液，如图5(a)、图6(a)、图7(a)，其次，为了模拟离心机中粒子分布的环形铁芯状结构，环形粒子层由充满直径为1mm的丙烯珠子(不导电)组成。
2.在实验中粒子层充满NaCl溶液，核心区域充满了固态NaCl和琼脂，这样做是为了做成环形。环形粒子层的厚度分别为10mm、15mm和20mm，如图8(a)、图9(a)、图10(a)，NaCl溶液的导电率为1.64ms/cm，最后，注入的恒定电流的大小为2mA，频率为2kHz。实验中，有16个不同的区域，每个区域产生13个差动电压，一共有208个差动电压。基于测量的电压数据，横断面图像是由不同的1600个元素进行图像重建的。
在目前的研究中，我们采用了三种算法，分别是反投影法、一阶高斯-牛顿法和利用拉普拉斯滤波和总变分重建法，解决图像重建算法对图像质量的影响，从而解决了图像重建算法对图像质量的影响。
这三种算法迭代公式概括如下：
1.反投影法(BP)是一种最常用的线性重构算法，将反投影算法的公式概括如下：
σ＝B(JB)-1Uexp (1)
上式中，σ表示目标域中的导电率分布；Uexp为实验中的电压数据；J为雅可比矩阵或灵敏度矩阵；B为反投影算子。
2.一阶高斯-牛顿法(GN)，能将待解决的问题作为一个线性重建矩阵来表示，这样就可以实现快速的实时成像，具体公式概括如下：
σ＝(JTJ+λ2R)-1JT(Uexp-Uref) (2)
上式中，σ表示目标域中的导电率分布；J为雅可比矩阵或灵敏度矩阵；λ是在图像重建中控制分辨率和噪声衰减的正则化超参数；R是由离散的拉普拉斯滤波器预先考虑的正则化矩阵；Uexp为实验中的电压数据；Uref是参考电压数据，而仅仅采用NaCl溶液。
3.总变分法(TV)允许图像的正则化，而不进行平滑处理，因为它能在图像重建中保持不连续的特性，这对于应用程序涉及不连续的图像文件很重要。电导率分布公式如下：
δσ＝(JTJ+μLTE-1KL)-1[JT(Uexp-Jσ)-μLTE-1Lσ] (3)
上式中，σ表示目标域中的导电率分布；J为雅可比矩阵或灵敏度矩阵；μ为正则化参数；L是正则化矩阵，它是由原始双内点优化方法的选择所代表的；E和K是基于L的对角矩阵；Uexp为实验中的电压数据；。
对偶变量为χ：
δχ＝-χ+E-1Lσ+E-1KLδσ (6)
上式(4)(5)(6)中，β是平滑参数，由于总变分法的正则化问题是不可微的，所以太小的β会造成分散；Li是正则化矩阵的第i行；σ表示目标域中的导电率分布；E和K是基于L的对角矩阵。
一阶高斯-牛顿法和总变分重建法都高度依赖系数λ，μ和β，在目前的研究中，这些系数的初始值分别为λ＝0.0005，μ＝0.00008，β＝0.00001。
BP算法重建图像的实验结果如图5(b)、图6(b)、图7(b)、图8(b)、图9(b)、图10(b)所示，显然，反投影算法能够找到测试样本的位置和性质，但是测试样品的形状很难观察清楚。GN算法重建图像的实验结果如图5(c)、图6(c)、图7(c)、图8(c)、图9(c)、图10(c)所示，采用一阶高斯-牛顿算法和拉普拉斯滤波器重建的图像，在电导分布中显示出更明显的间断性。与但投影算法相比，测试样品的形状更准确辨别。此外，TV算法重建图像的实验结果如图5(d)、图6(d)、图7(d)、图8(d)、图9(d)、图10(d)所示，可以明显的看出，通过总变分算法重建的图像，进一步的保留了目标域的间断性。这样，重建导电率的急剧变化的能力可以更好地估计边界，并显示出重建反差的能力。结果表明，无论测试样品的形状、位置还是重建算法，都能在图像重建中清晰地分辨出来，但是通过使用具有最低图像误差和最高图像相关性的拉普拉斯前的全变异重建方法获得最佳图像精度。

Claims (10)

1.高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统，其特征在于，包括自动电极切换模块(1)，自动电极切换模块(1)分别与恒流器(2)、数据采集模块(3)以及微机(4)连接，所述恒流器(2)、数据采集模块(3)分别也与微机(4)连接，所述微机(4)又与无线数据传输模块(5)连接，无线数据传输模块(5)通过无线传输的方式向主机(6)发送解调后的电压。
2.根据权利要求1所述的高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统，其特征在于，所述自动电极切换模块(1)包括连接于待测电极模块(7)上的模拟转换开关(8)，待测电极模块(7)包括均匀分布在PVC管上的N对待测电极，待测电极与模拟转换开关(8)的对应关系为：2N个待测电极需要4N个并行数字数据控制4*2N个模拟转换开关(8)同时转换，每个模拟转换开关(8)和微机(4)之间还连接有移位寄存器(9)，微机(4)控制模拟转换开关(8)运行，待测电极模块(7)通过恒流器(2)注入恒流之后，待测电极模块(7)表面间的边界电压通过数据采集模块(3)测量和输出。
3.根据权利要求2所述的高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统，其特征在于，所述恒流器(2)包括与所述微机(4)连接的直接数字频率合成器(10)，直接数字频率合成器(10)又依次与高通滤波器A(11)、电压电流转换器(12)连接，所述电压电流转换器(12)又与所述自动电极切换模块(1)连接。
4.根据权利要求2所述的高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统，其特征在于，所述数据采集模块(3)包括滤波差分放大模块(13)，滤波差分放大模块(13)包括同时与所述自动电极切换模块(1)连接的两个高通滤波器B(17)，两个高通滤波器B(17)分别与差分放大器(18)的正负输入端连接，差分放大器(18)的输出端又通过高通滤波器C(19)依次与锁定放大器(14)、仪表放大器(15)连接，所述仪表放大器(15)又依次与所述模拟转换开关(8)、电压转换模块(16)、微机(4)连接。
5.一种高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统的检测方法，其特征在于，基于权利要求1所述的高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统，具体按照以下步骤实施：
步骤1、微机(4)控制直接数字频率合成器(10)产生所需频率和幅值的正弦波；
步骤2、设置高通滤波器A(11)的截止频率，所述步骤1中正弦波通过高通滤波器A(11)滤波后输出信号同时传输到数据采集模块(3)和电压电流转换器(12)；
步骤3、通过电压电流转换器(12)产生的精确恒流信号，输出集电极电流，然后此集电极电流传输到自动电极切换模块(1)，自动电极切换模块(1)通过微机(4)来控制模拟转换开关(8)，使得待测电极模块(7)的表面电极连接到恒流器(2)，从而将电压电流转换器(12)产生的恒流信号注入到目标域，即待测电极模块(7)；
步骤4、当待测电极模块(7)注入恒流之后，系统采用电流激励、电压检测的“四电极模式”，数据采集模块(3)测量和收集电极表面的边界电压，此处两个电极的电位响应通过高通滤波器B(17)滤波，去除掉小于8Hz的低频率；
步骤5、所述步骤4中高通滤波器B(17)滤波后的信号，通过差分放大器(18)，从而得到两个电极之间的放大电压：电压放大倍数为式中Rf表示反馈电阻，Rg表示为增益设置电阻；
步骤6、再次通过高通滤波器C(19)滤波，将差分放大器(18)产生的低频分量消除，去除掉小于8Hz的低频率；
步骤7、所述步骤6产生的电压信号和所述步骤2产生的参考信号，共同通过锁定放大器(14)进行解调，其中，电压放大倍数为Ad＝0.1×0.6＝0.06，进而解调成与恒流源(2)同频率的基准信号；
步骤8、由所述步骤7产生的解调电压信号再在锁定放大器(14)中进行低频滤波，过滤掉高于53Hz的频率，以获得与输入信号和参考信号之间的信号幅度和相位差成正比的电压的直流电压；
步骤9、所述步骤8输出的直流电压经过仪表放大器(15)，电压放大倍数为得到提高一个量级的分辨率，式中Rf表示反馈电阻，Rg表示为增益设置电阻；
步骤10、所述步骤9得到的模拟电压信号由模拟转换开关(8)进行数字化，并依次通过微机(4)、无线数据模块(5)传输到主机(6)，在主机(6)中通过总变分重建算法实现重建断面的粒子分布图像。
6.根据权利要求5所述的一种高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统的检测方法，其特征在于，所述步骤1中的频率f＝2kHz、幅值I＝1.15mA。
7.根据权利要求5所述的一种高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统的检测方法，其特征在于，所述步骤2中高通滤波器A的截止频率设置为8Hz，输入到数据采集模块的峰峰值电压Vpp＝1.2V。
8.根据权利要求5所述的一种高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统的检测方法，其特征在于，所述步骤3中输出的集电极电流Ic＝1.15mA。
9.根据权利要求5所述的一种高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统的检测方法，其特征在于，所述步骤5中Rf＝24.7K,Rg＝0.2K。
10.根据权利要求5所述的一种高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统的检测方法，其特征在于，所述步骤9中Rf＝24.7K，Rg＝1.5K。
CN201710733745.2A 2017-08-24 2017-08-24 高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统及检测方法 Pending CN107677706A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710733745.2A CN107677706A (zh) 2017-08-24 2017-08-24 高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统及检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710733745.2A CN107677706A (zh) 2017-08-24 2017-08-24 高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统及检测方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107677706A true CN107677706A (zh) 2018-02-09

Family

ID=61136027

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710733745.2A Pending CN107677706A (zh) 2017-08-24 2017-08-24 高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统及检测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107677706A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1414381A (zh) * 2002-08-30 2003-04-30 天津大学 基于电阻层析成像的气液两相流流型识别的辨识器及方法
US20110163770A1 (en) * 2010-01-05 2011-07-07 General Electric Company Electrical network representation of a distributed system
CN103018284A (zh) * 2012-12-14 2013-04-03 北京航空航天大学 一种基于二端子阻抗测量模式的四端子电阻抗层析成像方法
CN105827234A (zh) * 2015-12-09 2016-08-03 西安科技大学 面向电阻层析成像的电流激励和多电极选择一体化调理器
CN106323365A (zh) * 2015-07-02 2017-01-11 成都金景盛风科技有限公司 基于电阻层析成像技术的气液两相流测量方法和装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1414381A (zh) * 2002-08-30 2003-04-30 天津大学 基于电阻层析成像的气液两相流流型识别的辨识器及方法
US20110163770A1 (en) * 2010-01-05 2011-07-07 General Electric Company Electrical network representation of a distributed system
CN103018284A (zh) * 2012-12-14 2013-04-03 北京航空航天大学 一种基于二端子阻抗测量模式的四端子电阻抗层析成像方法
CN106323365A (zh) * 2015-07-02 2017-01-11 成都金景盛风科技有限公司 基于电阻层析成像技术的气液两相流测量方法和装置
CN105827234A (zh) * 2015-12-09 2016-08-03 西安科技大学 面向电阻层析成像的电流激励和多电极选择一体化调理器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
于卫: "《模拟电子技术综合实训教程》", 31 August 2013, 武汉：华中科技大学出版社 *
张建国: ""基于阻抗层析成像的冰-水两相流检测技术与系统研究"", 《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. Development of capacitance tomographic imaging systems for oil pipeline measurements
Rasteiro et al. Electrical tomography: a review of configurations and applications to particulate processes
Rymarczyk et al. Practical implementation of electrical tomography in a distributed system to examine the condition of objects
Seagar et al. Electrical impedance imaging
Brazey et al. Robust imaging using electrical impedance tomography: review of current tools
CN101754717A (zh) 用于分析电传导对象的结构的方法
CN103690166A (zh) 一种基于pxi总线的呼吸过程三维电阻抗成像系统及其成像方法
Dickin et al. Determination of composition and motion of multicomponent mixtures in process vessels using electrical impedance tomography-I. Principles and process engineering applications
Dupré et al. Novel approach for analysis and design of high-speed electrical impedance tomographic system for void fraction measurements in fast two-phase flows
CN103976737A (zh) 一种左右肺呼吸阻抗相关性分析方法及系统
CN203841697U (zh) 一种基于pxi总线的呼吸过程三维电阻抗成像系统
CN104114087A (zh) 生物阻抗摄谱系统和方法
JP2019523428A (ja) 皮下のマイクロ生体チャンネルの場所の特定のための電気インピーダンス測定及びｅｉｔイメージ
Mello et al. Three-dimensional electrical impedance tomography: a topology optimization approach
CN107677706A (zh) 高速离心机多相介质分布的可视无线检测系统及检测方法
CN111938642A (zh) 基于电阻抗成像技术的足底压力面参数测量系统及方法
CN103584866A (zh) 一种基于双通道的生物电阻抗的潮气量监测方法及装置
Zhang et al. Application of electrical resistance tomography to ice-water two-phase flow parameters measurement
Liu et al. Development of electrical impedance tomography system for cell sedimentation detection in electrode-multilayered microchannel
Mat-Shayuti et al. Development of Low-Cost, Non-Obtrusive Electrical Impedance Tomography Device for Liquid-Gas Flow Visualization
CN102599908A (zh) 基于带平衡因子的网格位移模型的电阻抗断层成像方法
Fernández et al. A low-cost, portable 32-channel EIT system with four rings based on AFE4300 for body composition analysis
Yang et al. Real-time Monitoring Multi-phase Flow using Electrical Impedance Tomography
Ybarra et al. Breast imaging using electrical impedance tomography (EIT)
Cao et al. Electrical resistance tomography (ERT) by using an ECT sensor

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180209

RJ01 Rejection of invention patent application after publication