哈尔滨理工大学工学硕士毕业论文模板

1、工学硕士学位论文一种新型的电容学位论文的中文题名应不超过25字，并且不设副标题层析成像探测器系统研究与设计刘德华哈尔滨理工大学2012年3月国内图书分类号：TP316.2中图分类号请在中国图书馆分类法第四版（1999年3月）一书中（或网上）查找与本论文研究的内容相对应的号码。工学硕士学位论文一种新型的电容层析成像探测器系统研究与设计硕士研究生：刘德华导师：李兰申请学位级别：工学硕士学科、专业：计算机应用技术所在单位：计算机科学与技术学院答辩日期：2012年3月授予学位单位：哈尔滨理工大学Classified Index：TP316.2Dissertation for the Master De

2、gree in EngineeringResearch and Design of a New Electrical Capacitance Tomography Detector System注意实词首字母要大写。Candidate：Liu DehuaSupervisor：Li LanAcademic Degree Applied for：Master of EngineeringSpecialty：Computer Applied TechnologyDate of Oral Examination：March, 2012University：Harbin University of Sc

3、ience and Technology哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文一种新型的电容层析成像探测器系统研究与设计，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书一种新型的电容层析成像探测器系统研究与设计系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果

4、归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其他单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于 保密，在 年解密后适用授权书。 不保密 。(请在以上相应方框内打)作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日哈尔滨理工大学工学硕士学位论文一种新型的电容层析成像探测器系统研究与设计摘 要电容摘要是论文内容的简要陈述，是一篇具有独立性和完整性的短文。摘要应对本论文的研究目的、研究过程、结

5、果和结论进行准确而简要的概括。摘要中不宜使用公式、图表，不标注引用文献编号。摘要要求每句话具有完整性和自明性，内容表达要有层次感、逻辑性强、结构严谨、可读性好，尽可能多的给出作者研究信息。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。关键词关键词一般列35个。英文部分不能用缩写，和摘要正文之间有一空行。电容层析成像；现场可编程门阵列；数据采集系统；三电极激励 Research and Design of a New Electrical Capacitance Tomography Detector System实词首字母大写，小2字号，新罗马加粗。Abstract Elec

6、trical capacitance tomography (ECT) based on capacitance sensing array is a kind of process tomography (PT).Demodulation and filtration is controled by FPGA,then the data is transmitted by USB to PC. A new ECT reduced the stable time of the system and improved the speed and the precision of collecti

7、on.Keywords electrical capacitance tomography, field programmable gate array, date acquisition system, triple electrodes excitation- II -哈尔滨理工大学工学硕士学位论文目录摘要后面有一空行。除第1章外，其余各章后面均有本章小结。注意目录下面没页码。章标题中数字和字母为新罗马加粗摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题研究的背景和意义11.2 电容层析成像技术的研究现状与展望21.2.1 国外研究现状与应用21.2.2 国内研究现状与应用41.2.3

8、 发展展望51.3 课题的来源及研究内容61.3.1 课题来源61.3.2 课题的主要研究内容6第2章 相关技术概述82.1 电容层析成像技术的原理与组成82.1.1 电容传感器系统92.1.2 数据测量与采集系统112.1.3 成像系统112.2 现场可编程门阵列122.2.1 FPGA工作原理122.2.2 FPGA的基本结构132.2.3 FPGA开发流程162.3 本章小结18第3章 ECT系统多电极激励方法分析与研究193.1 引言193.2 电容层析成像技术微电容测量原理193.3 ECT三电极激励方法研究223.4 不同电极激励方式的灵敏场仿真与分析243.4.1 单电极激励下的

9、仿真计算253.4.2 三电极激励下的仿真计算263.4.3 不同电极激励方式下的仿真计算273.5 本章小结28第4章 基于FPGA的ECT探测器系统研究与设计294.1 ECT探测器系统总体概述294.2 影响ECT探测器系统实时性因素304.2.1 交流电容/电压(C/V)转换电路314.2.2 相敏解调电路324.2.3 ECT测量系统各环节所用时间334.3 基于FPGA的改进型数据测量与采集系统344.3.1 基于FPGA的信号发生器设计354.3.2 传感器极板控制电路设计374.3.3 数字解调电路设计404.4 ECT探测器系统整体设计434.5 本章小结44第5章 仿真及实

10、验结果分析465.1 基于三电极激励双电极检测的C/V转换电路线性度实验465.2 静态电容测量实验485.3 基于FPGA数字解调系统性能分析505.4 本章小结52结论53参考文献55攻读硕士学位期间所发表的学术论文61致谢62第1章 绪论所有黑体不用加粗。硕士学位论文：工学学科一般为23万字，其中绪论要求为35千字。1.1 课题研究的背景和意义各层次题序及标题不得置于页面的最后一行（孤行）。电容层析成像技术(Electrical Capacitance Tomography ，ECT)文中第一次出现的缩写词应该用括号注明英文原词。是借鉴于医用CT发展而来，一项基于电容敏感原理的过程成像技

11、术。综上所述，研究新型的ECT探测器系统，优化数据检测与采集电路，对于提高图像重建精度具有深远的意义。1.2 电容层析成像技术的研究现状与展望要求必须在2页以上。1.2.1 国外研究现状与应用上世纪80年代末英国曼彻斯特大学提出电容层析成像技术(ECT)，这是一种新的计算机层析成像技术1上标为宋体5号,其余数字和字母均为新罗马。，流动层析成像技术以该技术为重要方向和研究热点，近几年来国内外的研究人员就ECT的应用以及应用过程中出现的情况进行一系列的分析，对其做了大量的科研工作，电容层析成像技术的研究已经取得了相当丰硕的成果，理论研究和实验研究及应用已经在相关领域全面展开2所有参考文献要按序号引

12、用，且大部分集中在研究现状中。1.2.2 国内研究现状与应用目前在我国，华北电力大学刘石教授在含能量材料浇注过程成像、脉动热管成像识别和换热特性40,41注意不能超过2个。、循环床两相流固体浓度场测量的研究均将ECT 技术融入进去；天津大学王化祥教授进行了ECT 和ERT 相结合的双模态的成像研究的工作42；东北大学邵富群教授在进行粮仓湿度的测量研究中采用ECT 技术43 ；广西大学赵进创教授进行煮糖罐糖膏浓度测量的时研究采用电容电阻方法，浙江大学的李海青、黄志尧教授根据外国成功经验采用ECT 技术进行油气的测量研究并有一定的创新44，45。东北大学邵富群教授在进行粮仓湿度的测量研究中采用EC

13、T 技术42250-300一个文献在多次引用时要标出页数，方括号外为页数。 ；广西大学赵进创教授进行煮糖罐糖膏浓度测量的时研究采用电容电阻方法，浙江大学的李海青、黄志尧教授根据外国成功经验采用ECT 技术进行油气的测量研究并有一定的创新每页最后不能出现空白，也不能用回车调节行间距。1.3 课题的来源及研究内容1.3.1 课题来源本课题受国家自然科学基金等项目资助。1.3.2 课题的主要研究内容电容层析成像技术以其生产价格低廉、整体结构简单、工作安全性能高等优点被人们广泛采用，但它毕竟还是一门新兴的技术，从技术层面角度看还有很多方面要进行完善和发展。本课题以16电极电容层析成像系统为研究对象，就

14、ECT电容传感器的电极激励方式、数据测量与采集系统进行深入研究。本论文研究内容主要有以下几个方面组成。1对已有的ECT系统进行分析与研究注意“项”的使用格式，标题黑体不加粗，空格，后面接排。前面序号用全角点。若层次太多，可在“款”的下面再用“项”。“款”的格式见规范表1 （第10页）， 款、项标题均为小4号黑体。 对现有的ECT技术的系统构成和工作原理及其特点和不足进行深入研究，为以后的研究做好准备。2对ECT系统电极激励方法进行研究 由于ECT探测器系统的图像重建是以有限量的数据重。3基于FPGA的ECT数据采集系统设计 ECT探测器中的数据采集系统将以现场可编程门阵列（FPGA）为核心。4

15、研究一种新型的ECT探测器系统 新型的ECT探测器系统在充分地考虑工业具体应用中的被测容器。5验证和总结 在本系统设计完成。- 2 -哈尔滨理工大学工学硕士学位论文第2章 相关技术概述2.1 电容层析成像技术的原理与组成电容层析成像技术的工作原理是根据被测容器内的混合物中每一项的相对介电常数均不相同的情况，当混合物中的一项介质的分布或者浓度产生变化时，这将使混合物的相对介电常数发生了变化，由此一来将使在被测容器外部测量电极对所测得的电容数据产生一定的变化。图2-1图在正文中必须引用，且引用在图的前面，图按章排序。除屏幕截图外，图要求自己画，最好用VISIO等专用画图工具。图中若有分图时，分图题

16、置于分图之下，分图号用a)、b)等表示。分图可并列排放，分图题位于分图下，居中，中英文格式不变。图中各部分说明应采用中文(引用的外文图除外)或数字项号，各项文字说明置于图题之上(有分图题者，置于分图题之上)。为电容层析成像系统结构示意图。由图可知ECT系统主要由阵列式电容传感器，数据采集系统和成像计算机三个部分构成。ECT探测器系统首先用电容传感器测量被测容器的电容值，然后将数据传送至数据采集系统，数据采集系统对传送过来的投影数据进行转换、放大、解调与滤波，之后通过通信接口传送给成像的PC机，成像的PC机采用相适应的图像重建算法进行图像的重建并将其显示。图2-1 电容层析成像系统构成图Fig.

17、 2-1 Composition diagram of the ECT system第一个单词首字母大写，其余小写。前面有个半角空格。图中字号为5号宋体，字母和数字为新罗马字体。在VISIO中5号字体相当于10.5磅。图题和图不能分在2页。2.1.1 电容传感器系统多电极电容传感器是指在绝缘容器或者管道外侧均匀的安装一组电极极板。从ECT技术诞生到现在，多电极电容传感器的结构也是在不断的改进，到现在已经研制出多种传感器结构47。因为每个工业现场的实际应用情况不同，测量的混合流体构成也不尽相同，所以研究人员根据此情况将ECT电容传感器按布置方式划分了四种结构。这四种布置方式都有自己的优点与此同时

18、也存在一定的不足，具体运用哪一种布置方式的电容传感器要依据具体的试验环境，应用的条件，所测的流体流行来进行合理选择。如表2-1所示表在正文必须引用，且在表的前面，按章排序。，为不同布置方式的电容传感器的特点、不足以及适宜的应用场合。表2-1 不同结构ECT传感器的特点Table 2-1 Different structural characteristics of capacitance sensor第一个单词首字母大写，其余小写。前面有个半角空格。该行段后可设0.5行行距。结构表的上下两线加粗，两边不封口。表中字号为5号，字母和数字为新罗马。表题和表不能分在2页。形式优点不足应用场合外置有隔

19、离电极零点电容较小；与被测物质无接触受管壁电容影响；制作困难流化床分析；管道中石油的测量；水锤监控内置无隔离电极灵敏度较高；便于制作电极极易积累静电荷；与被测物质接触流化床分析；火焰探测；油/气/水测量外置无隔离电极结构简单；成本低；便于制作；与被测物质无接触受管壁电容影响；零点电容比较大喷临床监控；气力的运输内置有隔离电极零点电容较小；不受管壁电容影响；灵敏度较高电极极易积累静电荷；制作困难；与被测物质接触火焰探测2.1.2 数据测量与采集系统数据测量与采集系统是ECT探测器系统的重要组成部分在设计数据测量与采集系统时主要要考虑以下几个方面的因素：1应当拥有一个比较大的动态检测电容范围与此同

20、时线性度一定要好；2应当具有比较较强的对杂散电容抑制的能力；3要具有高效的、彻底的滤除系统固有的电容值和耦合电容值的系统；4ECT数据采集系统整体要具有快速性、实时性的特性。2.2 现场可编程门阵列可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD)是一门新兴的科学技术，它起源于20世纪70年代。2.2.1 FPGA工作原理FPGA在工作时其片内的RAM是要被编程的，研发人员可以根据具体工作环境的配置模式来采用不一样的编程方式。在对FPGA进行操作时有以下四种配置模式可供选择。1并行模式 该模式是运用并行的PROM、Flash来配置FPGA；2串行模式 这个模式是用串行

21、的PROM来配置FPGA；3主从模式 此模式是用一片PROM来配置多片的FPGA；4外设模式 将FPGA作为微处理器的外设然后由微处理器对其进行编程。2.2.2 FPGA的基本结构。2.3 本章小结本章小结需3行以上。本章对电容层析成像(ECT)技术和现场可编程门阵列(FPGA)技术分别进行了极为细致的阐述。第3章 ECT系统多电极激励方法分析与研究3.1 引言由于ECT图像的重建是以有限数量的检测数据来求解的问题，因此在电容测量时即使出现一个很微小的误差也会对图像重建造成很大麻烦。3.2 电容层析成像技术微电容测量原理ECT探测器中的多电极电容传感器的构成是在传感器绝缘管壁外侧的圆周固定安放

22、着紫铜薄片作为电极。依据电磁场的相关理论知识可知，可用下面的麦克斯韦方程对任意的电磁场进行表示： 公式序号按章排序，序号右对齐，公式居中排版。 (3-1)式3-1中：为电位移；为电荷密度。针对同一样的介质，电场和磁场之间的各个物理量之间还有以下的关系： (3-2) (3-3)在式3-2、3-3中：表示相对介电常数、表示电位、表示电场强度。3.3 不同电极激励方式的灵敏场仿真与分析参照以往的ECT仿真实验情况，本实验也采用的实验分析方法，选用作为实验的仿真平台对着两种不同的电极激励方式进行仿真实验。3.3.1 单电极激励下的仿真计算在理想化的条件下二项介质混合物沿传感器轴向是均衡的，本实验在系统

23、仿真实验平台进行工作，将相关数据输入到仿真系统中计算。首先在理想化的空场条件下进行实验，如图3-3、3-4，图中展示的是，在单电极激励条件下1-2电极对和1-9电极对测得的电场强度值和电位值。在两幅图中左边的是电场强度值，右边的是电位值。3.3.2 三电极激励下的仿真计算在三电极激励二电极检测的方式下，在实验平台上，还是在理想化的空场条件下进行实验，将相关数据输入到系统里。3.3.3 不同电极激励方式下的仿真计算在具体做本实验时，将引入进来来评价灵敏匀性，如公式： (3-19)最后，将软件计算出来的数据输入到实验平台进行数据计算。由公式(3-19)可以知道，这个值的绝对值越小的话ECT电容传感

24、器电极对之间的越是均匀。表(3-1)、(3-2)为软件计算出来的结果。从这两个表可以看出来，与计算的结果相比较，灵敏场的分布要更加均匀。灵敏度的最高值由原来的81.0076降低到目前的35.8702，灵敏度的最低值由原来的-3.5096升至目前的-2.4110，的最由原来的84.5982降低到目前的38.2816。根据以上所得到的数据进行比较，在具体应用时，采用的方法可使系统检测精度更准确一些。表3-1 单电极激励灵敏场评价指标值Table 3-1 Evaluation index value of sensitivity under single incentive electrode参数M

25、axMin电极对1-281.0076-3.590684.5982电极对1-36.7420-1.50698.2489续表（3-1）注意续表的格式。电极对1-46.7420-1.50698.2489电极对1-56.7420-1.50698.24893.4 本章小结ECT技术图像重建利用测量出来的电容值远远小于被测图像的像素数目，逆向问题的求解是典型的。- 14 -哈尔滨理工大学工学硕士学位论文第4章 基于FPGA的ECT探测器系统研究与设计4.1 ECT探测器系统总体概述现阶段。4.2 影响ECT探测器系统实时性因素现阶段ECT探测器主要采用的微小电容测量电路按照检测原理来分类主要分为四种。4.2

26、.1 交流电容/电压(C/V)转换电路ECT探测器系统的交流C/V转换电路运用电压进行激励，电流进行测量的方法，。4.2.2 相敏解调电路在ECT探测器系统中，。4.3 基于FPGA的改进型数据测量与采集系统从上一节分析的内容可以知道，。4.4 ECT探测器系统整体设计在进行ECT探测器的设计时，。4.5 本章小结本章针对采用模拟解调与滤波。第5章 仿真及实验结果分析在前面的章节里，详细地分析了ECT和FPGA的组成和工作原理，。5.1 基于三电极激励双电极检测的C/V转换电路线性度实验所谓C/V转换电路线性度就是指电路输入的电容值与输出的电压值之间的实际关系曲线与理想化的直线之间的偏离程度，

27、。结果如表5-1所示。表5-1实验测量电容值Table 5-1 Capacitance value in measurement电容值（pF）理论电压值（V）对应测量输出电压（V）第一次第二次第三次第四次0.50.250.25030.25010.25090.249910.50.50080.50060.50010.5003211.00021.00010.99931.000831.51.50021.50011.50071.500150.6250.62550.62480.62510.624960.750.75070.74980.75010.7506811.00011.00031.00090.9997

28、101.251.25031.25051.24991.2506121.51.49961.50021.50011.5007。 5.2 静态电容测量实验电容传感器结构参数主要包括、。5.3 基于FPGA数字解调系统性能分析基于FPGA的ECT数据采集系统是将经过C/V转换电路的模拟电压值直接数字化，。5.4 本章小结本章对基于FPGA的ECT探测器进行了总体分析，。结论结论是对整个论文主要成果的总结。在结论中应明确指出本研究内容的创造性成果或创新点理论(含新见解、新观点)，对其应用前景和社会、经济价值等加以预测和评价，并指出今后进一步在本研究方向进行研究工作的展望与设想。结论内容一般在2000字以内。结论可由三部分构成：1）本文开始就把结论和结果做出来，结论要做详细，具有一定的深度，充分体现本文研究的水平，这部分是文章的精华，语言和内容及表达的深度要认真斟酌，必要时给出条件和数据及优化方法，真正构成结论性的语言。注意：不要再重复文章研究内容、过程。2） 本文还存在的问题及引起这些问题的可能原因（点到为止）。本文结果在理论上的可拓展性，在实际应用中的可推广性（注意条件）电容层析成像技术(ECT)从上个世纪80年代发展至今，。参考硕士学位论文的参考文献一般应不少于40篇，其中外文文献一般不少于10篇。参考文献中近五年的文献数一般应不少于总数的13，并应有近两年的参考文献。教材、产