基于LDC1000的电磁层析成像系统设计

论文摘要

电磁层析成像(Electromagnetic Tomography,EMT)技术属于电学层析成像(Electrical Tomography,ET)技术的重要组成部分,它是基于电磁感应原理通过测量被测物场的边界信息,然后运用图像重建的相关算法得到被测物场的分布图像。电磁层析成像系统具有非接触、结构简单灵活、无损性等优点,被广泛应用于金属检测、医学研究、地质勘察、采矿冶金等领域。在许多科研工作者经过几十年来的不懈努力下,电磁层析成像系统得到快速发展,但是EMT技术还不够成熟,此技术的实现具有一些问题与难点,比如系统的抗干扰能力比较差,容易受到外界的干扰,系统的成本较高等。因此,EMT技术还有许多理论研究及工程实践需要科研人员去研究和探索,EMT技术的发展对工业生产及医学检测具有重要的意义和价值。为了增强EMT系统的抗干扰能力、实现自动测量、降低系统成本、提高图像重建质量等,本文根据LDC1000电感传感器具有高抗干扰能力、高分辨率、低功耗、低成本等特点,设计了一种基于LDC1000的电磁层析成像系统。本文主要围绕以下几个方面进行:1、本文在阅读大量有关电磁层析成像系统的文献基础上,对电磁层析成像系统设计的国内外研究现状进行了归纳总结,在对各种电磁层析成像系统进行分析的基础上,根据LDC1000的特点提出了一种基于LDC1000的EMT系统总体设计方案,并对系统的传感器阵列模块、数据采集与处理模块、数据通信模块、多路开关控制模块、图像重建模块进行了原理分析,然后根据其原理再结合实际完成了基于LDC1000的EMT系统的软硬件设计。2、基于LDC1000的EMT系统是以STM32控制板为控制核心,以LDC1000电感传感器为数据采集芯片。硬件设计主要完成传感器阵列的设计、STM32和LDC1000的连接方式以及两者之间的SPI通信设计、多路开关的设计、下位机和上位机的串口通信设计等。3、基于LDC1000的EMT系统的软件设计主要完成基于STM32的下位机程序和基于Labview的上位机软件设计。下位机程序主要包括LDC1000寄存器的配置与数据读取、STM32控制多路开关的逻辑、STM32与LDC1000的通讯以及STM32与Labview上位机通讯等。上位机程序主要包括上位机的界面设计、串口配置、数据读取与写入、图像重建等。为了提高系统的稳定性和可靠性在下位机程序设计时做了以下处理:每次有不同的开关闭合或断开,都对程序进行延时处理,以减小因继电器开关对测量数据造成的影响;对传感器采集的数据进行了滤波以及多次测量取平均值的处理。4、为了提高图像重建质量,本文根据LDC1000可以检测传感器线圈和被测导体之间距离的特点,提出了先根据传感器线圈阵列和被测导体之间的距离确定一个物场中被测导体的大体成像区域,然后利用此区域对图像重建算法得到的图像重建结果进行滤波,从而达到提高图像重建质量的目的。5、最后完成了电磁层析成像系统实验平台的搭建,并进行了系统仿真实验,首先对被测物场中单个铜棒的不同位置进行图像重建实验,然后对物场中两个铜棒进行图像重建实验,图像重建结果和实物中铜棒的位置基本相同,通过实验验证了此系统的可行性和可靠性。本文设计的系统也为将来基于LDC1000的EMT系统的进一步研究奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 选题背景及研究意义
•   1.2 电学层析成像技术及其分类
•     1.2.1 电容层析成像技术
•     1.2.2 电阻层析成像技术
•     1.2.3 电磁层析成像技术
•   1.3 EMT系统的国内外研究现状
•   1.4 本文的创新点
•   1.5 论文结构安排
• 第2章 电磁层析成像系统及原理
•   2.1 电磁层析成像系统简介
•   2.2 电磁层析成像系统原理
•   2.3 图像重建的原理
•   2.4 本章小结
• 第3章 电磁层析成像系统的硬件设计
•   3.1 总体方案设计
•   3.2 传感器阵列设计
•   3.3 数据采集和处理单元设计
•     3.3.1 LDC1000 电感数字转换器
•     3.3.2 基于STM32 的微控制单元
•     3.3.3 STM32与LDC1000 通讯设计
•     3.3.4 多路开关设计
•   3.4 本章小结
• 第4章 电磁层析成像系统的软件设计
•   4.1 基于LDC1000 的数据采集程序设计
•     4.1.1 寄存器参数配置
•     4.1.2 参数的计算
•   4.2 基于STM32 的微控制器程序设计
•     4.2.1 多路开关选通程序设计
•     4.2.2 STM32与LDC1000 通信程序设计
•     4.2.3 STM32 的串口通信程序设计
•   4.3 基于Labview的上位机程序设计
•     4.3.1 Labview的串口通信程序的设计
•     4.3.2 图像重建与显示程序设计
•   4.4 本章小结
• 第5章 基于LDC1000 的数据测量及实验结果
•   5.1 单线圈电感值测量
•   5.2 图像重建实验及分析
•   5.3 本章小结
• 第6章 结论及展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及参加科研情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 徐西伦

导师: 吴新杰

关键词: 电磁层析成像,自动测量

来源: 辽宁大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,计算机软件及计算机应用

单位: 辽宁大学

分类号: O441;TP391.41

总页数: 67

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