基于電阻層析成像技術(shù)的兩相流速度測(cè)量系統(tǒng)研究2002年11月(2)

2.3 雙敏感電極陣列ERT系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

如圖5所示是基于STD總線的雙敏感電極陣列ERT系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖.為了工業(yè)應(yīng)用的需求和提高其自身抗干擾能力,在該系統(tǒng)中采取了一些隔離保護(hù)措施.敏感電級(jí)陣列間的切換控制是由單刀雙擲模擬開關(guān)(APDT)實(shí)現(xiàn)的.電極之間的切換控制是由高速模擬開關(guān)來(lái)完成,其開一關(guān)過渡時(shí)間為400ns.放大器采用高信噪抑制比的可編程儀用放大器.數(shù)據(jù)采集采用100ksps  12  bit  ADC轉(zhuǎn)換器.

              圖5   TERT-Ⅲ型雙敏感陣列電阻層析成像系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

3  實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析

   氣泡成像和氣/液兩相流氣相速度測(cè)量實(shí)驗(yàn)是在一內(nèi)徑為50mm的垂直管模擬裝置上完成的.雙敏感電級(jí)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(jìn)氣閥可調(diào)節(jié)氣速大小和氣泡大小,垂直管里的液相為自來(lái)水.

   圖6所示兩敏感陣列ERT系統(tǒng)同時(shí)成像的圖像重建采用靈敏度系數(shù)算法,在相鄰模式/激勵(lì)頻率為20kHz條件下一幅圖象需獲取104個(gè)邊界測(cè)量電壓數(shù)據(jù).從成像結(jié)果來(lái)看,該系統(tǒng)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(duì)利用測(cè)量信號(hào)直接相關(guān)或重建圖像后的像素相關(guān)來(lái)測(cè)量氣相速度及其分布打下了良好的基礎(chǔ).

             圖6  兩敏感陣列同時(shí)成像測(cè)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(lì),電極3一4,4一5,…,14一15,15一16測(cè)量的13個(gè)邊界電壓平均值的512點(diǎn)顯示.圖7b是下游敏感陣列平面在同樣條件下的512點(diǎn)顯示.圖7c是兩信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)計(jì)算值.從圖7c中得出峰值位置是n=58,由于采樣時(shí)間間隔 ,所以 .由式(3)可以求出氣相平均速度為L(zhǎng)/ =75/175=0.429(m/s),而上述情況通過米尺和秒表的測(cè)量結(jié)果為0.48m/s,所以其比對(duì)測(cè)量誤差約為10.63%.

                      圖  7

4  結(jié)論

   優(yōu)化設(shè)計(jì)出的雙敏感電級(jí)陣列ERT系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能提高,數(shù)據(jù)獲取速度達(dá)25幅/s(20kHz,104點(diǎn)/幅,雙平面).經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明,該系統(tǒng)能兩平面同時(shí)直觀地測(cè)量和顯示氣/液兩相流氣泡位置和大小;利用測(cè)量信號(hào)直接相關(guān)能實(shí)現(xiàn)氣相平均速度測(cè)量,比對(duì)誤差約為10.6%.該系統(tǒng).該系統(tǒng)還具有像素相關(guān)測(cè)氣速及分布功能.為了使ERT技術(shù)盡快應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中去,還需在傳感器理論模型、實(shí)時(shí)性能提高及圖像重建算法等方面作進(jìn)一步深入研究.