双敏感电极阵列ERT系统总体设计

基于电阻层析成像技术的两相流速度测量系统研究2002年11月(2)

2.3 双敏感电极阵列ERT系统总体设计

如图5所示是基于STD总线的双敏感电极阵列ERT系统的总体设计框图.为了工业应用的需求和提高其自身抗干扰能力,在该系统中采取了一些隔离保护措施.敏感电级阵列间的切换控制是由单刀双掷模拟开关(APDT)实现的.电极之间的切换控制是由高速模拟开关来完成,其开一关过渡时间为400ns.放大器采用高信噪抑制比的可编程仪用放大器.数据采集采用100ksps  12  bit  ADC转换器.

              图5   TERT-Ⅲ型双敏感阵列电阻层析成像系统总体设计框图

3  实验测试与分析

   气泡成像和气/液两相流气相速度测量实验是在一内径为50mm的垂直管模拟装置上完成的.双敏感电级阵列传感器安装在垂直管的中间段,两平面相距75mm.垂直管底部的进气阀可调节气速大小和气泡大小,垂直管里的液相为自来水.

   图6所示两敏感阵列ERT系统同时成像的图像重建采用灵敏度系数算法,在相邻模式/激励频率为20kHz条件下一幅图象需获取104个边界测量电压数据.从成像结果来看,该系统能直观显示气泡的位置和大小且两阵列的相似性较好,这对利用测量信号直接相关或重建图像后的像素相关来测量气相速度及其分布打下了良好的基础.

             图6  两敏感阵列同时成像测试

图7a所示是在弹状流情况下,上游敏感阵列平面在电极1一2激励,电极3一4,4一5,…,14一15,15一16测量的13个边界电压平均值的512点显示.图7b是下游敏感阵列平面在同样条件下的512点显示.图7c是两信号的互相关函数计算值.从图7c中得出峰值位置是n=58,由于采样时间间隔 ,所以 .由式(3)可以求出气相平均速度为L/ =75/175=0.429(m/s),而上述情况通过米尺和秒表的测量结果为0.48m/s,所以其比对测量误差约为10.63%.

                      图  7

4  结论

   优化设计出的双敏感电级阵列ERT系统实时性能提高,数据获取速度达25幅/s(20kHz,104点/幅,双平面).经过实验测试表明,该系统能两平面同时直观地测量和显示气/液两相流气泡位置和大小;利用测量信号直接相关能实现气相平均速度测量,比对误差约为10.6%.该系统.该系统还具有像素相关测气速及分布功能.为了使ERT技术尽快应用到工业现场中去,还需在传感器理论模型、实时性能提高及图像重建算法等方面作进一步深入研究.