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电子技术Electronic Technology电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering电容层析成像的技术应用研究胡叶容(深圳职业技术学院广东省深圳市518055 )摘要：衣文中所要研究的主要内容便是电容层析成像技术，该技术是以医学CT 技术为基础，结合计算机技术以及传感器技术发展 起来的一种过程层析成像技术。
电容层析成像技术在当前的发展过程中十分重要，因而对其实际的应用进行研究有着重要的意义，以下便 针对不同结构的电容传感器进行比较，并结合传感器参数的优化方法进行总结。
关键词：电容层析成像；传感器技术；电容传感器1引言电容层析成像技术简称ECT ，该技术是过程层析成像技术的一 种，过程层析成像技术的发展最初是于20世纪末形成的，过程层 析成像技术正式形成后便得到了快速的发展，在短短几十年的发展 过程中有了极大的改善。
当前过程层析成像技术的主要研究对象为 两相流或是多相流，其过程参数主要包含:维或：•:维分布状况的实 时检测技术。
过程层析成像技术应用过程中主要是依据Radon 原理， 在一定条件下，任何N 维物体都可以通过无限多个N -1维投影进 行重建，此外，P T 技术本质上还能够实现系统对被测对象的某种 物理特性分布进行Radon 的变化以逆变化过程。
当前对于P T 技术 的研究往往将其分为三个部分，分别为ECT 技术、电阻层成像技 术以及电磁层成像技术，这三部分技术的应用原理有着很大的不同， 在使用过程中最终所测得的信号分别是电容信号、电阻信号以及感 应磁场信号，根据其信号的不同也可以进行场内介质介电常数、电 阻率分布等进行分析。
2 E C T 技术传感器系统及测量和数据采集系统的研究分析2. 1 ECT 系统与其他PT 技术简要介绍分析如表1所示，P T 技术包含三个部分，分别为ECT 、ERT 以及 EMT ，ECT 技术作为PT 技术的一部分，其基本的应用原理主要是 利用多项介质所具备的不同介电常数，由此通过电容传感器来得到 相应的介质分布图像。
常用原油含水率测试方法1、原油含水率静态测试方法分析原油含水率静态测试方法是通过人工取样后运用物理或化学方法实现油水分离后计算原油含水率。
目前主要的静态测试方法有蒸馏法、电脱法、卡尔·费休法。
1.1、蒸馏法蒸馏法的测试原理是通过加热原油将油和水分离，分别测试原油质量以及蒸发出的水分质量，并计算出水分的质量分数。
蒸馏法的测试过程是在原油中加入与水不相溶的溶剂，在原油与溶剂混合以后并开始回流的条件下加热，此时原油、水分和溶剂在沸腾状态时会一起蒸发出来，溶剂因沸点最低第一个被气化，之后水分通过冷凝管进入水分接收器中，通过水分接收器的刻度读出水分的含量，从而计算出原油含水率。
图1为实验装置的示意图。
图1 实验装置示意图最初实验室通常采用蒸馏法测试原油含水率，但石油生产行业主要根据《原油水含量测定法一蒸馏法》(GB/T8929-1988)来测试，石油加工行业则按《石油产品水含量测定法一蒸馏法》(GB/T260-1988)测试。
GB/T8929-1988使用有较大毒性的二甲苯做溶剂，对操作人员危害大，同时也污染样品和环境;GB/T260-1988则以直馏汽油80℃以上的馏分做溶剂，尽管毒性不大，但是测试的结果误差太大。
1.2电脱法电脱法的测试原理是通过高压电场，利用电破乳技术使油水分离，来测试原油的含水率。
这种方法适合一些仪器的设计开发，例如Dst-III石油含水电脱分析仪。
电脱法的分析液量大、分析速度快，操作简单、无“二次采样”误差以及安全可靠等优点使其备受青睐。
但是电脱法同样存在着一些缺点，如在脱水过程中，油样需要加温，易使原油剧烈沸腾而外溢，与带电的内、外电极裸露的金属部分触碰，易引起电击危险。
图2为原油含水电脱分析仪结构示意图。
图2 原油含水电脱分析仪结构示意图1.3卡尔·费休法卡尔·费休法是实验室中标准的微量水分测试方法，对于有机液体，是国际国标方法《原油水含量测定卡尔费休库仑滴定法(GB/T 11146-2009 )。
第1篇一、实验目的1. 了解层析成像的基本原理和操作方法。
2. 掌握层析成像在物质成分分析中的应用。
3. 通过实验，提高动手操作能力和分析问题、解决问题的能力。
二、实验原理层析成像是一种利用不同物质在固定相和流动相中溶解度差异，将混合物中的组分分离、分析的技术。
根据层析技术原理，可分为以下几种类型：薄层层析（TLC）、气相层析（GC）、高效液相层析（HPLC）和凝胶渗透层析（GPC）等。
本实验采用薄层层析（TLC）技术，利用不同物质在固定相和流动相中的溶解度差异，将混合物中的组分分离。
通过观察和比较不同组分在固定相上的迁移距离，可以分析出混合物中各组分的含量。
三、实验材料与仪器1. 仪器：薄层层析板、微量注射器、展开槽、铅笔、尺子、紫外灯、显色剂等。
2. 材料：待分离的混合物、固定相（硅胶）、流动相（正己烷）、显色剂（碘蒸气）等。
四、实验步骤1. 准备薄层层析板：取一张薄层层析板，用铅笔在距离一端1cm处划一条起始线。
2. 点样：用微量注射器吸取待分离的混合物，滴加在起始线上，每次滴加量约为1μl，重复3-5次，每次间隔2-3cm。
3. 展开层析：将薄层层析板放入展开槽中，加入适量流动相，使液面距离薄层层析板表面约1cm。
静置一段时间，待流动相自然展开至适当位置（约2-3cm）。
4. 显色：取出薄层层析板，用铅笔在流动相前沿处划一条线，将薄层层析板放入紫外灯下观察，观察各组分的迁移距离。
5. 分析结果：根据各组分的迁移距离，计算各组分的相对含量。
五、实验结果与分析1. 结果：通过实验，观察到混合物中各组分的迁移距离，并计算出各组分的相对含量。
2. 分析：根据实验结果，分析各组分的性质，推测混合物的成分。
六、实验讨论1. 实验过程中，应注意控制滴加量，避免过多或过少。
2. 展开层析过程中，应确保薄层层析板与展开槽内壁垂直，以防止流动相沿壁面上升。
3. 显色时，应在紫外灯下观察，以确保观察结果准确。
光学相干层析成像光学相干层析成像（optical coherence tomography，简称OCT）是一种非侵入性的生物医学成像技术，主要应用于眼科和生物医学领域，用于观察和分析生物组织的内部结构和形态。
本文将从原理、应用和发展前景等方面介绍光学相干层析成像技术。
一、原理光学相干层析成像技术是基于光的干涉原理，通过测量光的干涉信号来获得样品的内部结构信息。
其基本原理是利用光学干涉来测量光的相位差，从而得到样品的深度信息。
具体而言，OCT系统会向样品发射一束光，一部分光被样品反射回来，另一部分光被参考光束反射回来。
通过对这两部分光进行干涉，测量两束光的相位差，就可以确定样品不同深度处的反射信号，从而重建出样品的内部结构。
二、应用1.眼科领域光学相干层析成像技术在眼科领域得到了广泛应用。
它可以高分辨率地成像眼部组织，如视网膜、角膜、虹膜等，用于早期诊断和治疗疾病，如黄斑变性、青光眼等。
同时，OCT技术还可以实时监测眼部手术过程，提高手术的安全性和准确性。
2.生物医学研究光学相干层析成像技术在生物医学研究中也发挥着重要作用。
它可以对小动物的器官、血管等进行高分辨率成像，用于研究疾病的发生机制和治疗效果评估。
此外，OCT技术还可以应用于药物研发过程中的毒性测试和药物吸收分布的研究。
三、发展前景随着技术的不断进步，光学相干层析成像技术在医学领域的应用前景十分广阔。
一方面，随着设备的不断改进，OCT系统的分辨率和成像速度将进一步提高，使得其在临床诊断中的应用更加广泛。
另一方面，光学相干层析成像技术与其他成像技术的结合，如光声成像、多光子显微镜等，将进一步拓展其应用领域，并为生物医学研究提供更多有价值的信息。
光学相干层析成像技术是一种非常有前景的生物医学成像技术。
它通过光的干涉原理，可以高分辨率地成像样品的内部结构，广泛应用于眼科和生物医学研究领域。
随着技术的不断发展，光学相干层析成像技术将为医学诊断和研究提供更多有力的支持，为人类健康事业做出更大的贡献。
基于Pcap01的ECT数据采集系统及图像重建ECT Data Acquisition SystemBased on Pcap01 and Image Reconstruction学院：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：年月摘要电容层析成像技术（ECT）作为过程层析成像技术（PT）的一种，是基于电容敏感机理的过程成像技术，其因结构简单，成本低，非侵入，响应速度快，非辐射等优点，近几年成为了过程层析成像技术的发展主流以及研究热点。
大部分ECT技术中的电容数据采集方法以分立元件居多，但其拥有结构复杂，指标性能差等缺点。
集成电路的方法由于其机构简单性能优良，更适合应用于实验室或工业生产中。
本文主要关于基于Pcap01的ECT数据采集系统以及ECT技术中图像重建系统和成像算法两个方面的简要介绍。
在本次数据采集系统设计方案中，包括了主控电路，电容测量电路，电容选择电路和显示电路，为了解决微小电容检测这一难点，系统采用Pcap01芯片作为电容测量芯片。
主控电路中采用STM32F103VCT6主控芯片来控制测量系统。
为了避免复杂开关列阵式控制，系统中采用16 8矩阵式模拟开关CH446作为选择电路，最终将采集出来的多路电容通过液晶屏显示出来。
图像重建算法是ECT系统中较为关键的一部分，是改善土建重建质量的重要因素。
在本文中将对典型的两种ECT图像重建算法的简要分析。
关键词：Pcap01；STM32；图像重建AbstractElectrical capacitanc tomography (ECT) is a kind of PT technique based on the sensitive principle of capacitance,and it has been the most popula research direction and the main development technique of PT, due to its many distinct advantages such as no radiation , hige speed of response , simple structure , low cost , wide application range, better safety and so on.Most of the ECT system using discrete components, discrete components integrated, complex structure, and performance indicators, integrated circuits method is more suitable for the capacitive data acuisition system in the laboratory or industrial use.This article briefly describes the data acquisition system for ECT based Pcap01 and some instrutiong about ECT image reconstruction technology systems and imaging algorithms brief two aspects. The system includes a main control circuit, the capacitance measurement circuit, capacitance selection circuit and display circuit. In STM32F103VCT6 main chip, the system used to control the measurement system. Pcap01 capacitance measurement chip to measure the small capacitance. 128 analog switch matrix CH446 as a selection circuit, to avoid the complexity of the switch array control. Multi-channel capacitance will eventually be collected out of the LCD.Image reconstruction algorithm is an important factor to improve the image reconstrution quality in ECT system research.In this paper I will make some analysis about the two typical ECT image reconstruction algorithm .Keywords: Pcap01; STM32; image reconsruction目录摘要 (I)Abstract ...................................................................................................................................... I I 第1章绪论 (1)1.1 ECT系统研究意义和背景 (1)1.2 ECT技术原理分析及系统组成 (2)1.3 研究内容及主要工作 (3)第2章设计思想及方案 (4)2.1数据采集技术难点和问题 (4)2.2 传统测量方法 (5)2.3 系统整体方案 (7)第3章数据采集系统的硬件设计 (9)3.1电容传感器 (9)3.1.1 测量原理 (9)3.1.2 Pcap01芯片的主要特点 (9)3.1.3 Pcap01的工作模式 (10)3.1.4 Pcap01的连接 (11)3.2主控电路 (12)3.3矩阵开关 (15)3.4显示电路 (16)3.4.1液晶介绍 (16)3.5 元件间的通讯 (17)3.5.1 Pcap01与STM32的通讯 (17)3.5.2液晶与STM32的通讯 (18)第4章数据采集系统的软件设计 (20)4.1系统总体设计 (20)4.2电容传感器模块 (21)4.2.1电容传感器的配置 (21)4.2.2 I2C配置 (23)4.3矩阵开关模块 (24)4.4显示模块 (25)4.4.1 SPI配置 (25)4.4.2 液晶控制流程 (27)第5章系统调试 (27)5.1系统硬件调试 (27)5.2系统软件调试 (30)第6章ECT技术图像重建算法 (32)6.1 线性反投影LBP算法 (32)6.2 迭代算法 (34)第7章结论 (36)参考文献 (37)致谢 (39)附录 (40)附录1部分程序代码 (40)附录2 原理图 (45)第1章绪论1.1 ECT系统研究意义和背景在当今社会现代科技迅猛发展的浪潮中，数据采集系统占据了一支主流，它有着可采用电气量和非电气量的双重优势，以其强大的通用性得到了迅速的发展。
