用于火焰成像的ECT系统导纳测量精度分析

王超, 王健宇, 金硕

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天津大学学报(自然科学与工程技术版) ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (04) : 387-394.

用于火焰成像的ECT系统导纳测量精度分析

  • 王超, 王健宇, 金硕
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摘要

火焰的导纳包括介电和导电特性,可从不同角度反映燃烧状态,火焰导纳的精确测量对于获取燃烧状态具有重要意义.电容层析成像(ECT)在火焰检测中获得了成功的应用,也正从测量介电常数单一参数向测量导纳虚部和实部参数发展,但同时也对导纳的测量精度提出了更高的要求.本文使用电探针测量了火焰不同位置的相对介电常数和电导率,以此为基础,建立ECT测量火焰导纳的仿真模型,发现火焰导纳虚部和实部的差距随着频率的升高而增大.在经典ECT系统中使用的500 kHz激励频率条件下,火焰导纳的虚部约比实部大5个数量级,使火焰导纳信息难以精确测量.对不同频率下火焰和空气导纳的差值进行分析,结果表明,为了保障系统测量精度,应使得导纳实部采集分辨率不超过0.207.导纳实部采集分辨率与模拟数字转换器(ADC)采样位数和激励频率都有关.在ADC采样位数一定的情况下,降低激励频率能够获得更小的导纳实部信号采集分辨率,从而提高系统的测量精度.对于14位ADC,应采用26.4 k Hz以下的激励频率.激励频率为500 kHz的经典ECT系统,其电流转电压(C/V)电路简化为以电容反馈为主导.针对降低激励频率使得经典ECT系统的C/V电路简化的输入输出关系不再适用的问题,在电路中考虑反馈电容和反馈电阻的综合作用,给出了测量火焰导纳的前端电路方案.

关键词

火焰 / 电容层析成像 / 导纳 / 测量精度

中图分类号

TK16 / TP391.41

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王超, 王健宇, 金硕. 用于火焰成像的ECT系统导纳测量精度分析. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2025, 58(04): 387-394

基金

国家自然科学基金资助项目(62271343); 天津市研究生科研创新资助项目(2022BKY080)

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