AD5933在電磁層析成像硬件系統(tǒng)中的應(yīng)用
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檢測(cè)信號(hào)解調(diào)模塊
由于EMT硬件系統(tǒng)中的檢測(cè)線圈的信號(hào)解調(diào)要求同時(shí)獲得信號(hào)幅度和相位的信息，即信號(hào)的實(shí)部與虛部信息，一般的解調(diào)方法難以滿足這種要求。傳統(tǒng)的EMT系統(tǒng)采用正交解調(diào)的方法，不僅軟硬件設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，而且還大大降低了信號(hào)解調(diào)的實(shí)時(shí)性。
而AD5933片內(nèi)集成的高速1024點(diǎn)DFT單元可以直接對(duì)ADC采樣后的離散信號(hào)做DFT運(yùn)算，運(yùn)算后返回每個(gè)頻點(diǎn)的實(shí)部(I)和虛部(R)數(shù)據(jù)字。通過(guò)幅度計(jì)算公式(3)和如下的相位計(jì)算公式，可得到信號(hào)的幅度A和相位值：
(3)
(4)
圖4為基于AD5933的EMT硬件系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)。
圖4 基于AD5933的EMT硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
由于AD5933的Vout端輸出的正弦信號(hào)是幅值較小的電壓信號(hào)，不能用于驅(qū)動(dòng)激勵(lì)線圈。本系統(tǒng)采用AD620儀用放大電路將原輸出信號(hào)的幅值放大。 再經(jīng)過(guò)電壓控制電流源電路(VCCS)，產(chǎn)生能直接驅(qū)動(dòng)激勵(lì)線圈的交流正弦電流信號(hào)。多路開(kāi)關(guān)用于選擇驅(qū)動(dòng)的激勵(lì)線圈。
在解調(diào)時(shí)，檢測(cè)線圈感應(yīng)的信號(hào)是微弱的交流正弦電壓信號(hào)，不能直接接到AD5933的Vin端。采用AD620儀用放大電路將感應(yīng)信號(hào)的幅值放大，以適合AD5933的Vin端。多路開(kāi)關(guān)用于選擇需采樣的檢測(cè)線圈信號(hào)。
AD5933與LPC2148 ARM的通訊采用I2C接口。
在基于AD5933的硬件平臺(tái)上，開(kāi)發(fā)了基于靈敏度的線性反投影圖像重建算法，進(jìn)行了圖像重建實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)管道的直徑為23mm，被測(cè)試驗(yàn)銅棒的直徑為 8mm，實(shí)驗(yàn)方法是將試驗(yàn)銅棒放置于管道內(nèi)的不同位置，進(jìn)行了位置圖像重建，將算法重建的圖像與實(shí)際圖像進(jìn)行比較。圖5所示的一幅重建圖像為試驗(yàn)銅棒放置 于-45度靠近管道邊界時(shí)的情況。多次試驗(yàn)表明，應(yīng)用AD5933設(shè)計(jì)的EMT系統(tǒng)能夠初步重建被測(cè)物質(zhì)的分布。其中PC機(jī)圖像重建軟件采用Visual C++6.0開(kāi)發(fā)，ARM嵌入式軟件采用ADS集成編譯器開(kāi)發(fā)。
圖5 實(shí)驗(yàn)重建圖象
結(jié)語(yǔ)
阻抗轉(zhuǎn)換器AD5933將直接數(shù)字頻率合成器技術(shù)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號(hào)處理功能結(jié)合在一起，為EMT系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)提供了方便，在增強(qiáng)系統(tǒng)配置靈活性和信號(hào)解調(diào)實(shí)時(shí)性的同時(shí)，提高了EMT硬件系統(tǒng)的集成度，降低了硬件系統(tǒng)成本。
圖4為基于AD5933的EMT硬件系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)。
圖4 基于AD5933的EMT硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
由于AD5933的Vout端輸出的正弦信號(hào)是幅值較小的電壓信號(hào)，不能用于驅(qū)動(dòng)激勵(lì)線圈。本系統(tǒng)采用AD620儀用放大電路將原輸出信號(hào)的幅值放大。 再經(jīng)過(guò)電壓控制電流源電路(VCCS)，產(chǎn)生能直接驅(qū)動(dòng)激勵(lì)線圈的交流正弦電流信號(hào)。多路開(kāi)關(guān)用于選擇驅(qū)動(dòng)的激勵(lì)線圈。
在解調(diào)時(shí)，檢測(cè)線圈感應(yīng)的信號(hào)是微弱的交流正弦電壓信號(hào)，不能直接接到AD5933的Vin端。采用AD620儀用放大電路將感應(yīng)信號(hào)的幅值放大，以適合AD5933的Vin端。多路開(kāi)關(guān)用于選擇需采樣的檢測(cè)線圈信號(hào)。
AD5933與LPC2148 ARM的通訊采用I2C接口。
在基于AD5933的硬件平臺(tái)上，開(kāi)發(fā)了基于靈敏度的線性反投影圖像重建算法，進(jìn)行了圖像重建實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)管道的直徑為23mm，被測(cè)試驗(yàn)銅棒的直徑為 8mm，實(shí)驗(yàn)方法是將試驗(yàn)銅棒放置于管道內(nèi)的不同位置，進(jìn)行了位置圖像重建，將算法重建的圖像與實(shí)際圖像進(jìn)行比較。圖5所示的一幅重建圖像為試驗(yàn)銅棒放置 于-45度靠近管道邊界時(shí)的情況。多次試驗(yàn)表明，應(yīng)用AD5933設(shè)計(jì)的EMT系統(tǒng)能夠初步重建被測(cè)物質(zhì)的分布。其中PC機(jī)圖像重建軟件采用Visual C++6.0開(kāi)發(fā)，ARM嵌入式軟件采用ADS集成編譯器開(kāi)發(fā)。
圖5 實(shí)驗(yàn)重建圖象
結(jié)語(yǔ)
阻抗轉(zhuǎn)換器AD5933將直接數(shù)字頻率合成器技術(shù)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號(hào)處理功能結(jié)合在一起，為EMT系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)提供了方便，在增強(qiáng)系統(tǒng)配置靈活性和信號(hào)解調(diào)實(shí)時(shí)性的同時(shí)，提高了EMT硬件系統(tǒng)的集成度，降低了硬件系統(tǒng)成本。
評(píng)論