哈爾濱理工大學工學碩士畢業(yè)論文模板

1、工學碩士學位論文一種新型的電容學位論文的中文題名應不超過25字，并且不設副標題層析成像探測器系統(tǒng)研究與設計劉德華哈爾濱理工大學2012年3月國內(nèi)圖書分類號：TP316.2中圖分類號請在中國圖書館分類法第四版（1999年3月）一書中（或網(wǎng)上）查找與本論文研究的內(nèi)容相對應的號碼。工學碩士學位論文一種新型的電容層析成像探測器系統(tǒng)研究與設計碩士研究生：劉德華導師：李蘭申請學位級別：工學碩士學科、專業(yè)：計算機應用技術所在單位：計算機科學與技術學院答辯日期：2012年3月授予學位單位：哈爾濱理工大學Classified Index：TP316.2Dissertation for the Master De

2、gree in EngineeringResearch and Design of a New Electrical Capacitance Tomography Detector System注意實詞首字母要大寫。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哈爾濱理工大學碩士學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：此處所提交的碩士學位論文一種新型的電容層析成像探測器系統(tǒng)研究與設計，是本人在導師指導下，在哈爾濱理工大學攻讀碩士學位期間獨立進行研究工作所取得的成果。據(jù)本人所知，論文中除已注明部分外不包含他人已發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文研究工作做出貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式注明。本聲明的法律結果將完全由本人承擔。 作者簽名： 日期： 年 月 日哈爾濱理工大學碩士學位論文使用授權書一種新型的電容層析成像探測器系統(tǒng)研究與設計系本人在哈爾濱理工大學攻讀碩士學位期間在導師指導下完成的碩士學位論文。本論文的研究成果

4、歸哈爾濱理工大學所有，本論文的研究內(nèi)容不得以其他單位的名義發(fā)表。本人完全了解哈爾濱理工大學關于保存、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向有關部門提交論文和電子版本，允許論文被查閱和借閱。本人授權哈爾濱理工大學可以采用影印、縮印或其他復制手段保存論文，可以公布論文的全部或部分內(nèi)容。本學位論文屬于 保密，在 年解密后適用授權書。 不保密 。(請在以上相應方框內(nèi)打)作者簽名： 日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日哈爾濱理工大學工學碩士學位論文一種新型的電容層析成像探測器系統(tǒng)研究與設計摘 要電容摘要是論文內(nèi)容的簡要陳述，是一篇具有獨立性和完整性的短文。摘要應對本論文的研究目的、研究過程、結

5、果和結論進行準確而簡要的概括。摘要中不宜使用公式、圖表，不標注引用文獻編號。摘要要求每句話具有完整性和自明性，內(nèi)容表達要有層次感、邏輯性強、結構嚴謹、可讀性好，盡可能多的給出作者研究信息。層析成像技術(ECT)是一項基于電容敏感原理的過程層析成像技術。關鍵詞關鍵詞一般列35個。英文部分不能用縮寫，和摘要正文之間有一空行。電容層析成像；現(xiàn)場可編程門陣列；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；三電極激勵 Research and Design of a New Electrical Capacitance Tomography Detector System實詞首字母大寫，小2字號，新羅馬加粗。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 -哈爾濱理工大學工學碩士學位論文目錄摘要后面有一空行。除第1章外，其余各章后面均有本章小結。注意目錄下面沒頁碼。章標題中數(shù)字和字母為新羅馬加粗摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題研究的背景和意義11.2 電容層析成像技術的研究現(xiàn)狀與展望21.2.1 國外研究現(xiàn)狀與應用21.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀與應用41.2.3

8、 發(fā)展展望51.3 課題的來源及研究內(nèi)容61.3.1 課題來源61.3.2 課題的主要研究內(nèi)容6第2章 相關技術概述82.1 電容層析成像技術的原理與組成82.1.1 電容傳感器系統(tǒng)92.1.2 數(shù)據(jù)測量與采集系統(tǒng)112.1.3 成像系統(tǒng)112.2 現(xiàn)場可編程門陣列122.2.1 FPGA工作原理122.2.2 FPGA的基本結構132.2.3 FPGA開發(fā)流程162.3 本章小結18第3章 ECT系統(tǒng)多電極激勵方法分析與研究193.1 引言193.2 電容層析成像技術微電容測量原理193.3 ECT三電極激勵方法研究223.4 不同電極激勵方式的靈敏場仿真與分析243.4.1 單電極激勵下的

9、仿真計算253.4.2 三電極激勵下的仿真計算263.4.3 不同電極激勵方式下的仿真計算273.5 本章小結28第4章 基于FPGA的ECT探測器系統(tǒng)研究與設計294.1 ECT探測器系統(tǒng)總體概述294.2 影響ECT探測器系統(tǒng)實時性因素304.2.1 交流電容/電壓(C/V)轉(zhuǎn)換電路314.2.2 相敏解調(diào)電路324.2.3 ECT測量系統(tǒng)各環(huán)節(jié)所用時間334.3 基于FPGA的改進型數(shù)據(jù)測量與采集系統(tǒng)344.3.1 基于FPGA的信號發(fā)生器設計354.3.2 傳感器極板控制電路設計374.3.3 數(shù)字解調(diào)電路設計404.4 ECT探測器系統(tǒng)整體設計434.5 本章小結44第5章 仿真及實

10、驗結果分析465.1 基于三電極激勵雙電極檢測的C/V轉(zhuǎn)換電路線性度實驗465.2 靜態(tài)電容測量實驗485.3 基于FPGA數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)性能分析505.4 本章小結52結論53參考文獻55攻讀碩士學位期間所發(fā)表的學術論文61致謝62第1章 緒論所有黑體不用加粗。碩士學位論文：工學學科一般為23萬字，其中緒論要求為35千字。1.1 課題研究的背景和意義各層次題序及標題不得置于頁面的最后一行（孤行）。電容層析成像技術(Electrical Capacitance Tomography ，ECT)文中第一次出現(xiàn)的縮寫詞應該用括號注明英文原詞。是借鑒于醫(yī)用CT發(fā)展而來，一項基于電容敏感原理的過程成像技

11、術。綜上所述，研究新型的ECT探測器系統(tǒng)，優(yōu)化數(shù)據(jù)檢測與采集電路，對于提高圖像重建精度具有深遠的意義。1.2 電容層析成像技術的研究現(xiàn)狀與展望要求必須在2頁以上。1.2.1 國外研究現(xiàn)狀與應用上世紀80年代末英國曼徹斯特大學提出電容層析成像技術(ECT)，這是一種新的計算機層析成像技術1上標為宋體5號,其余數(shù)字和字母均為新羅馬。，流動層析成像技術以該技術為重要方向和研究熱點，近幾年來國內(nèi)外的研究人員就ECT的應用以及應用過程中出現(xiàn)的情況進行一系列的分析，對其做了大量的科研工作，電容層析成像技術的研究已經(jīng)取得了相當豐碩的成果，理論研究和實驗研究及應用已經(jīng)在相關領域全面展開2所有參考文獻要按序號引

12、用，且大部分集中在研究現(xiàn)狀中。1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀與應用目前在我國，華北電力大學劉石教授在含能量材料澆注過程成像、脈動熱管成像識別和換熱特性40,41注意不能超過2個。、循環(huán)床兩相流固體濃度場測量的研究均將ECT 技術融入進去；天津大學王化祥教授進行了ECT 和ERT 相結合的雙模態(tài)的成像研究的工作42；東北大學邵富群教授在進行糧倉濕度的測量研究中采用ECT 技術43 ；廣西大學趙進創(chuàng)教授進行煮糖罐糖膏濃度測量的時研究采用電容電阻方法，浙江大學的李海青、黃志堯教授根據(jù)外國成功經(jīng)驗采用ECT 技術進行油氣的測量研究并有一定的創(chuàng)新44，45。東北大學邵富群教授在進行糧倉濕度的測量研究中采用EC

13、T 技術42250-300一個文獻在多次引用時要標出頁數(shù)，方括號外為頁數(shù)。 ；廣西大學趙進創(chuàng)教授進行煮糖罐糖膏濃度測量的時研究采用電容電阻方法，浙江大學的李海青、黃志堯教授根據(jù)外國成功經(jīng)驗采用ECT 技術進行油氣的測量研究并有一定的創(chuàng)新每頁最后不能出現(xiàn)空白，也不能用回車調(diào)節(jié)行間距。1.3 課題的來源及研究內(nèi)容1.3.1 課題來源本課題受國家自然科學基金等項目資助。1.3.2 課題的主要研究內(nèi)容電容層析成像技術以其生產(chǎn)價格低廉、整體結構簡單、工作安全性能高等優(yōu)點被人們廣泛采用，但它畢竟還是一門新興的技術，從技術層面角度看還有很多方面要進行完善和發(fā)展。本課題以16電極電容層析成像系統(tǒng)為研究對象，就

14、ECT電容傳感器的電極激勵方式、數(shù)據(jù)測量與采集系統(tǒng)進行深入研究。本論文研究內(nèi)容主要有以下幾個方面組成。1對已有的ECT系統(tǒng)進行分析與研究注意“項”的使用格式，標題黑體不加粗，空格，后面接排。前面序號用全角點。若層次太多，可在“款”的下面再用“項”。“款”的格式見規(guī)范表1 （第10頁）， 款、項標題均為小4號黑體。 對現(xiàn)有的ECT技術的系統(tǒng)構成和工作原理及其特點和不足進行深入研究，為以后的研究做好準備。2對ECT系統(tǒng)電極激勵方法進行研究 由于ECT探測器系統(tǒng)的圖像重建是以有限量的數(shù)據(jù)重。3基于FPGA的ECT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計 ECT探測器中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將以現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）為核心。4

15、研究一種新型的ECT探測器系統(tǒng) 新型的ECT探測器系統(tǒng)在充分地考慮工業(yè)具體應用中的被測容器。5驗證和總結 在本系統(tǒng)設計完成。- 2 -哈爾濱理工大學工學碩士學位論文第2章 相關技術概述2.1 電容層析成像技術的原理與組成電容層析成像技術的工作原理是根據(jù)被測容器內(nèi)的混合物中每一項的相對介電常數(shù)均不相同的情況，當混合物中的一項介質(zhì)的分布或者濃度產(chǎn)生變化時，這將使混合物的相對介電常數(shù)發(fā)生了變化，由此一來將使在被測容器外部測量電極對所測得的電容數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定的變化。圖2-1圖在正文中必須引用，且引用在圖的前面，圖按章排序。除屏幕截圖外，圖要求自己畫，最好用VISIO等專用畫圖工具。圖中若有分圖時，分圖題

16、置于分圖之下，分圖號用a)、b)等表示。分圖可并列排放，分圖題位于分圖下，居中，中英文格式不變。圖中各部分說明應采用中文(引用的外文圖除外)或數(shù)字項號，各項文字說明置于圖題之上(有分圖題者，置于分圖題之上)。為電容層析成像系統(tǒng)結構示意圖。由圖可知ECT系統(tǒng)主要由陣列式電容傳感器，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和成像計算機三個部分構成。ECT探測器系統(tǒng)首先用電容傳感器測量被測容器的電容值，然后將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對傳送過來的投影數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換、放大、解調(diào)與濾波，之后通過通信接口傳送給成像的PC機，成像的PC機采用相適應的圖像重建算法進行圖像的重建并將其顯示。圖2-1 電容層析成像系統(tǒng)構成圖Fig.

17、 2-1 Composition diagram of the ECT system第一個單詞首字母大寫，其余小寫。前面有個半角空格。圖中字號為5號宋體，字母和數(shù)字為新羅馬字體。在VISIO中5號字體相當于10.5磅。圖題和圖不能分在2頁。2.1.1 電容傳感器系統(tǒng)多電極電容傳感器是指在絕緣容器或者管道外側均勻的安裝一組電極極板。從ECT技術誕生到現(xiàn)在，多電極電容傳感器的結構也是在不斷的改進，到現(xiàn)在已經(jīng)研制出多種傳感器結構47。因為每個工業(yè)現(xiàn)場的實際應用情況不同，測量的混合流體構成也不盡相同，所以研究人員根據(jù)此情況將ECT電容傳感器按布置方式劃分了四種結構。這四種布置方式都有自己的優(yōu)點與此同時

18、也存在一定的不足，具體運用哪一種布置方式的電容傳感器要依據(jù)具體的試驗環(huán)境，應用的條件，所測的流體流行來進行合理選擇。如表2-1所示表在正文必須引用，且在表的前面，按章排序。，為不同布置方式的電容傳感器的特點、不足以及適宜的應用場合。表2-1 不同結構ECT傳感器的特點Table 2-1 Different structural characteristics of capacitance sensor第一個單詞首字母大寫，其余小寫。前面有個半角空格。該行段后可設0.5行行距。結構表的上下兩線加粗，兩邊不封口。表中字號為5號，字母和數(shù)字為新羅馬。表題和表不能分在2頁。形式優(yōu)點不足應用場合外置有隔

19、離電極零點電容較小；與被測物質(zhì)無接觸受管壁電容影響；制作困難流化床分析；管道中石油的測量；水錘監(jiān)控內(nèi)置無隔離電極靈敏度較高；便于制作電極極易積累靜電荷；與被測物質(zhì)接觸流化床分析；火焰探測；油/氣/水測量外置無隔離電極結構簡單；成本低；便于制作；與被測物質(zhì)無接觸受管壁電容影響；零點電容比較大噴臨床監(jiān)控；氣力的運輸內(nèi)置有隔離電極零點電容較??；不受管壁電容影響；靈敏度較高電極極易積累靜電荷；制作困難；與被測物質(zhì)接觸火焰探測2.1.2 數(shù)據(jù)測量與采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)測量與采集系統(tǒng)是ECT探測器系統(tǒng)的重要組成部分在設計數(shù)據(jù)測量與采集系統(tǒng)時主要要考慮以下幾個方面的因素：1應當擁有一個比較大的動態(tài)檢測電容范圍與此同

20、時線性度一定要好；2應當具有比較較強的對雜散電容抑制的能力；3要具有高效的、徹底的濾除系統(tǒng)固有的電容值和耦合電容值的系統(tǒng)；4ECT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體要具有快速性、實時性的特性。2.2 現(xiàn)場可編程門陣列可編程邏輯器件(Programmable Logic Device，PLD)是一門新興的科學技術，它起源于20世紀70年代。2.2.1 FPGA工作原理FPGA在工作時其片內(nèi)的RAM是要被編程的，研發(fā)人員可以根據(jù)具體工作環(huán)境的配置模式來采用不一樣的編程方式。在對FPGA進行操作時有以下四種配置模式可供選擇。1并行模式 該模式是運用并行的PROM、Flash來配置FPGA；2串行模式 這個模式是用串行

21、的PROM來配置FPGA；3主從模式 此模式是用一片PROM來配置多片的FPGA；4外設模式 將FPGA作為微處理器的外設然后由微處理器對其進行編程。2.2.2 FPGA的基本結構。2.3 本章小結本章小結需3行以上。本章對電容層析成像(ECT)技術和現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)技術分別進行了極為細致的闡述。第3章 ECT系統(tǒng)多電極激勵方法分析與研究3.1 引言由于ECT圖像的重建是以有限數(shù)量的檢測數(shù)據(jù)來求解的問題，因此在電容測量時即使出現(xiàn)一個很微小的誤差也會對圖像重建造成很大麻煩。3.2 電容層析成像技術微電容測量原理ECT探測器中的多電極電容傳感器的構成是在傳感器絕緣管壁外側的圓周固定安放

22、著紫銅薄片作為電極。依據(jù)電磁場的相關理論知識可知，可用下面的麥克斯韋方程對任意的電磁場進行表示： 公式序號按章排序，序號右對齊，公式居中排版。 (3-1)式3-1中：為電位移；為電荷密度。針對同一樣的介質(zhì)，電場和磁場之間的各個物理量之間還有以下的關系： (3-2) (3-3)在式3-2、3-3中：表示相對介電常數(shù)、表示電位、表示電場強度。3.3 不同電極激勵方式的靈敏場仿真與分析參照以往的ECT仿真實驗情況，本實驗也采用的實驗分析方法，選用作為實驗的仿真平臺對著兩種不同的電極激勵方式進行仿真實驗。3.3.1 單電極激勵下的仿真計算在理想化的條件下二項介質(zhì)混合物沿傳感器軸向是均衡的，本實驗在系統(tǒng)

23、仿真實驗平臺進行工作，將相關數(shù)據(jù)輸入到仿真系統(tǒng)中計算。首先在理想化的空場條件下進行實驗，如圖3-3、3-4，圖中展示的是，在單電極激勵條件下1-2電極對和1-9電極對測得的電場強度值和電位值。在兩幅圖中左邊的是電場強度值，右邊的是電位值。3.3.2 三電極激勵下的仿真計算在三電極激勵二電極檢測的方式下，在實驗平臺上，還是在理想化的空場條件下進行實驗，將相關數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)里。3.3.3 不同電極激勵方式下的仿真計算在具體做本實驗時，將引入進來來評價靈敏勻性，如公式： (3-19)最后，將軟件計算出來的數(shù)據(jù)輸入到實驗平臺進行數(shù)據(jù)計算。由公式(3-19)可以知道，這個值的絕對值越小的話ECT電容傳感

24、器電極對之間的越是均勻。表(3-1)、(3-2)為軟件計算出來的結果。從這兩個表可以看出來，與計算的結果相比較，靈敏場的分布要更加均勻。靈敏度的最高值由原來的81.0076降低到目前的35.8702，靈敏度的最低值由原來的-3.5096升至目前的-2.4110，的最由原來的84.5982降低到目前的38.2816。根據(jù)以上所得到的數(shù)據(jù)進行比較，在具體應用時，采用的方法可使系統(tǒng)檢測精度更準確一些。表3-1 單電極激勵靈敏場評價指標值Table 3-1 Evaluation index value of sensitivity under single incentive electrode參數(shù)M

25、axMin電極對1-281.0076-3.590684.5982電極對1-36.7420-1.50698.2489續(xù)表（3-1）注意續(xù)表的格式。電極對1-46.7420-1.50698.2489電極對1-56.7420-1.50698.24893.4 本章小結ECT技術圖像重建利用測量出來的電容值遠遠小于被測圖像的像素數(shù)目，逆向問題的求解是典型的。- 14 -哈爾濱理工大學工學碩士學位論文第4章 基于FPGA的ECT探測器系統(tǒng)研究與設計4.1 ECT探測器系統(tǒng)總體概述現(xiàn)階段。4.2 影響ECT探測器系統(tǒng)實時性因素現(xiàn)階段ECT探測器主要采用的微小電容測量電路按照檢測原理來分類主要分為四種。4.2

26、.1 交流電容/電壓(C/V)轉(zhuǎn)換電路ECT探測器系統(tǒng)的交流C/V轉(zhuǎn)換電路運用電壓進行激勵，電流進行測量的方法，。4.2.2 相敏解調(diào)電路在ECT探測器系統(tǒng)中，。4.3 基于FPGA的改進型數(shù)據(jù)測量與采集系統(tǒng)從上一節(jié)分析的內(nèi)容可以知道，。4.4 ECT探測器系統(tǒng)整體設計在進行ECT探測器的設計時，。4.5 本章小結本章針對采用模擬解調(diào)與濾波。第5章 仿真及實驗結果分析在前面的章節(jié)里，詳細地分析了ECT和FPGA的組成和工作原理，。5.1 基于三電極激勵雙電極檢測的C/V轉(zhuǎn)換電路線性度實驗所謂C/V轉(zhuǎn)換電路線性度就是指電路輸入的電容值與輸出的電壓值之間的實際關系曲線與理想化的直線之間的偏離程度，

27、。結果如表5-1所示。表5-1實驗測量電容值Table 5-1 Capacitance value in measurement電容值（pF）理論電壓值（V）對應測量輸出電壓（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 靜態(tài)電容測量實驗電容傳感器結構參數(shù)主要包括、。5.3 基于FPGA數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)性能分析基于FPGA的ECT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是將經(jīng)過C/V轉(zhuǎn)換電路的模擬電壓值直接數(shù)字化，。5.4 本章小結本章對基于FPGA的ECT探測器進行了總體分析，。結論結論是對整個論文主要成果的總結。在結論中應明確指出本研究內(nèi)容的創(chuàng)造性成果或創(chuàng)新點理論(含新見解、新觀點)，對其應用前景和社會、經(jīng)濟價值等加以預測和評價，并指出今后進一步在本研究方向進行研究工作的展望與設想。結論內(nèi)容一般在2000字以內(nèi)。結論可由三部分構成：1）本文開始就把結論和結果做出來，結論要做詳細，具有一定的深度，充分體現(xiàn)本文研究的水平，這部分是文章的精華，語言和內(nèi)容及表達的深度要認真斟酌，必要時給出條件和數(shù)據(jù)及優(yōu)化方法，真正構成結論性的語言。注意：不要再重復文章研究內(nèi)容、過程。2） 本文還存在的問題及引起這些問題的可能原因（點到為止）。本文結果在理論上的可拓展性，在實際應用中的可推廣性（注意條件）電容層析成像技術(ECT)從上個世紀80年代發(fā)展至今，。參考碩士學位論文的參考文獻一般應不少于40篇，其中外文文獻一般不少于10篇。參考文獻中近五年的文獻數(shù)一般應不少于總數(shù)的13，并應有近兩年的參考文獻。教材、產(chǎn)