專利名稱：電磁層析成像系統(tǒng)的快速并行激勵裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁物質(zhì)空間分布的測量處理裝置及其激勵控制方法，尤其涉及一種電磁層析成像系統(tǒng)的激勵裝置及方法。
背景技術(shù)：
電磁層析成像(Electromagnetic Tomography，EMT)是一種二十世紀(jì)九十年代初期發(fā)展起來的基于電磁感應(yīng)原理的新型過程層析成像技術(shù)，它能夠以非接觸和非介入的方式重建出被測空間中具有電磁特性物質(zhì)的分布圖像。這一技術(shù)采用外加交流激勵磁場從不同的觀測角度掃掠具有導(dǎo)電或?qū)Т盼镔|(zhì)分布的被測物場，基于電磁感應(yīng)原理，物場中的導(dǎo)磁物質(zhì)會形成感應(yīng)磁場，而導(dǎo)電物質(zhì)則會產(chǎn)生電渦流，這些都會對原有激勵磁場產(chǎn)生調(diào)制作用，二者疊加起來會在物場邊界處的檢測線圈上產(chǎn)生不同幅值和相位的感應(yīng)電勢。應(yīng)用激勵場分布信息與檢測線圈的測量信息，由圖像重建算法可計(jì)算出物質(zhì)的分布圖像。
對于電磁層析成像系統(tǒng)，對物場進(jìn)行掃掠的激勵場需要滿足特定的場分布，并且能夠沿圓周旋轉(zhuǎn)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)之一是如何提高激勵場產(chǎn)生和旋轉(zhuǎn)的速度。現(xiàn)有的激勵方法如專利號為ZL97119780.6，發(fā)明人為徐苓安等的專利“可產(chǎn)生多種形式激勵的電磁層析成像激勵系統(tǒng)及其激勵方法”以及《儀器儀表學(xué)報(bào)》2001第6期，p614-617，作者劉澤何敏 徐苓安 熊漢亮，EI收錄號為02106877824的論文“多激勵模式的電磁層析成像系統(tǒng)”所述，是對沿圓周分布的激勵線圈依次進(jìn)行電流驅(qū)動，建立一個激勵場需要通過軟件控制使得沿圓周的激勵線圈依次單獨(dú)控制，這種方法產(chǎn)生激勵場的速度較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有激勵方法產(chǎn)生激勵場速度低的缺點(diǎn)，提供一種電磁層析成像系統(tǒng)的快速并行激勵裝置及方法，滿足電磁層析成像系統(tǒng)激勵場建立及旋轉(zhuǎn)速度的要求，提高整個系統(tǒng)的圖像重建速度。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是在計(jì)算機(jī)與激勵控制電路之間增加了電可擦寫可編程只讀存儲器EEPROM，8片EEPROM的地址信號線和輸出控制信號線分別并聯(lián)，并且與計(jì)算機(jī)連接，每片EEPROM的輸出數(shù)據(jù)線分別跟一個激勵控制電路連接，16個沿傳感器圓周等距排列的激勵線圈組成激勵線圈陣列，每個激勵控制電路與激勵線圈陣列中的兩個激勵線圈相連。計(jì)算機(jī)同時連接一臺激勵基準(zhǔn)信號發(fā)生器，激勵基準(zhǔn)信號發(fā)生器分別與每一個激勵控制電路連接。
電磁層析成像的快速并行激勵裝置的激勵方法包括下列步驟1.用編程器將電磁層析成像激勵矩陣的二進(jìn)制編碼寫入8片EEPROM中。
2.由計(jì)算機(jī)控制各片EEPROM的地址信號，使各片EEPROM選中第1個激勵方向激勵控制信息的存儲地址，由計(jì)算機(jī)控制各片EEPROM的輸出允許信號，使各片EEPROM同時輸出第1個激勵方向的激勵控制信號。
3.將8片EEPROM輸出的64位并行激勵控制信號輸入激勵控制電路，激勵控制電路根據(jù)64位激勵控制信號對激勵基準(zhǔn)信號發(fā)生器輸出的激勵基準(zhǔn)信號進(jìn)行選通控制。
4.激勵控制電路對選通的激勵信號進(jìn)行驅(qū)動后輸出到激勵線圈陣列。
5.同時激勵線圈陣列產(chǎn)生出第1個激勵方向的激勵場。
6.改變計(jì)算機(jī)輸出的地址信號，重復(fù)步驟3到6，依次產(chǎn)生出16個方向的激勵場，周而復(fù)始形成電磁層析成像所需的旋轉(zhuǎn)激勵場。
由于本發(fā)明采取了上述技術(shù)方案，將電磁層析成像系統(tǒng)的多組激勵矩陣信息預(yù)先存儲在8片位寬為8位的EEPROM中，通過計(jì)算機(jī)改變存儲器地址來區(qū)分激勵模式，使一個激勵方向的64位激勵信息同步輸出，實(shí)現(xiàn)了傳感器16個激勵線圈的同步電流輸出控制，本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是在不需改變硬件結(jié)構(gòu)的條件下，提高了激勵的速度，擴(kuò)展了圖像重建系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。與每個激勵線圈單獨(dú)依次激勵的方法比較，激勵速度提高近8倍，扣除激勵場形成后邊界磁場檢測所需的時間，旋轉(zhuǎn)激勵一個周期僅需4.5微秒。采用以上激勵方法的電磁層析成像系統(tǒng)，圖像重建速度快，可在線實(shí)現(xiàn)電磁特性物質(zhì)空間檢測，所以可應(yīng)用于工業(yè)過程多相流檢測、化工分離、異物監(jiān)測、地質(zhì)勘探及生物醫(yī)學(xué)研究等領(lǐng)域。例如，在冶金企業(yè)的礦石精選過程中，應(yīng)用本發(fā)明可在線分辨礦石中金屬、導(dǎo)磁材料的比例；在建筑質(zhì)量評價中，應(yīng)用本發(fā)明可在不破壞建筑結(jié)構(gòu)體的前提下分析其中鋼材的用量及分布；在食品工業(yè)中，應(yīng)用本發(fā)明可快速檢測出食品中混雜的金屬異物，方便其得到分離。


圖1是本發(fā)明總體電路結(jié)構(gòu)的方框圖；圖2是本發(fā)明激勵控制基本單元的方框圖；圖3是本發(fā)明的一種實(shí)施方法流程圖。
1.計(jì)算機(jī) 2.激勵基準(zhǔn)發(fā)生器控制信號3.EEPROM地址信號 4.EEPROM輸出控制信號5.激勵控制信號(也稱EEPROM輸出數(shù)據(jù))
6.激勵基準(zhǔn)信號發(fā)生器 7.激勵基準(zhǔn)信號8.激勵電流信號 9.激勵線圈陣列 10.激勵控制基本單元305.第5個激勵線圈 306.第6個激勵線圈101.激勵選通控制信號 102.激勵電壓信號 103.激勵電流方向控制信號具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施詳述如下電磁層析成像的快速并行激勵裝置如圖1所示，包含計(jì)算機(jī)、電可擦寫可編程只讀存儲器EEPROM、激勵控制電路、16個沿傳感器圓周等距排列的激勵線圈組成激勵線圈陣列、激勵基準(zhǔn)信號發(fā)生器。EEPROM11-18的地址信號線和輸出信號控制線分別并聯(lián)，并聯(lián)端與計(jì)算機(jī)1相連，EEPROM11-18的數(shù)據(jù)輸出信號線分別接激勵控制電路21-28，激勵控制電路21-28分別與激勵線圈陣列中的兩個激勵線圈相連，計(jì)算機(jī)1同時與激勵基準(zhǔn)信號發(fā)生器5相連接，激勵基準(zhǔn)信號發(fā)生器5與激勵控制電路21-28分別由導(dǎo)體連接。其中1.計(jì)算機(jī)1用于控制存儲激勵矩陣信息的8片EEPROM11-18，使其同步輸出并行64位的激勵控制信號5；也用于控制激勵基準(zhǔn)信號發(fā)生器6，使其產(chǎn)生特定的激勵基準(zhǔn)信號7。
2.激勵基準(zhǔn)信號發(fā)生器控制信號2由計(jì)算機(jī)1產(chǎn)生的用于控制激勵信號發(fā)生器6的并行接口信號。
3.EEPROM地址信號3用于某一激勵磁場方向下激勵信息存儲地址的尋址。
4.EEPROM輸出控制信號4用于控制8片EEPROM11-18的輸出允許信號，使64位的激勵控制信號5能夠同步輸出。
5.激勵控制信號(也稱EEPROM輸出數(shù)據(jù))EEPROM11-18同步輸出的64位激勵場控制信號，即8片EEPROM輸出數(shù)據(jù)端組合出的64位輸出信號。
6.激勵基準(zhǔn)信號發(fā)生器6用于產(chǎn)生供激勵控制電路選擇的8路激勵基準(zhǔn)信號7，可應(yīng)用型號為AD7008的直接數(shù)字合成信號發(fā)生器芯片實(shí)現(xiàn)。
7.激勵基準(zhǔn)信號7包含8路幅度按照正弦波第一象限等間隔排列的激勵電壓信號。
8.激勵電流信號8直接驅(qū)動激勵線圈陣列9中各個激勵線圈的電流信號。
9.激勵線圈陣列9包含16個沿傳感器圓周等距排列的激勵線圈，其中每個激勵線圈由一對銅片極板經(jīng)導(dǎo)體連接構(gòu)成，匝數(shù)為1匝，線圈上的驅(qū)動電流由激勵控制電路產(chǎn)生。
10.激勵控制基本單元10在圖2中進(jìn)行展開說明的基本單元范圍框表示。
11.EEPROM11-188片電可擦除可編程只讀存儲器，可選用型號為AT28C64B的芯片實(shí)現(xiàn)，用于存儲電磁層析成像傳感器所需的多組激勵控制信息，每組激勵控制信息包含16個磁場激勵方向。
12.激勵控制電路21-28其作用是根據(jù)EEPROM11-18輸出的激勵控制信號5和激勵基準(zhǔn)信號7來控制作用在各個激勵線圈上的電流幅度和方向，其中每個激勵控制電路控制兩個激勵線圈。
13.第5個激勵線圈305激勵線圈陣列中的第5個激勵線圈。
14.第6個激勵線圈306激勵線圈陣列中的第6個激勵線圈。
圖2是圖1中激勵控制基本單元10范圍框中內(nèi)容的展開圖，在圖2中，EEPROM13的數(shù)據(jù)輸出端口與激勵信號選擇器231、232、電流方向控制電路234、235相連接；激勵信號選擇器231與壓控恒流源233、電流方向控制電路234、第五個激勵線圈305依次串聯(lián)；激勵信號選擇器232與壓控恒流源234、電流方向控制電路235、第六個激勵線圈306依次串聯(lián)；激勵基準(zhǔn)信號發(fā)生器6與激勵信號選擇器231、232分別由導(dǎo)體連接。其中1.激勵選通控制信號101包含3位數(shù)字信息，用于控制激勵信號選擇器231，以按照EEPROM13中存儲的激勵控制信息來選通8路基準(zhǔn)激勵信號中的1路。
2.激勵電壓信號102激勵信號選擇器231選通的激勵電壓信號。
3.激勵電流方向控制信號103包含1位數(shù)字信息，用于控制電流方向控制電路234，決定輸出到激勵線圈305的電流方向。
4.激勵信號選擇器231、232激勵基準(zhǔn)信號的8選1模擬多路開關(guān)，可由MAX308型號實(shí)現(xiàn)。
5.壓控恒流源233、234用于將激勵電壓信號轉(zhuǎn)換為具有驅(qū)動能力的電流信號，可應(yīng)用型號為TPQ6502的晶體管陣列實(shí)現(xiàn)。
6.電流方向控制電路234、235用于改變激勵電流在激勵線圈上的流動方向，可應(yīng)用型號為ADG201的電流開關(guān)芯片實(shí)現(xiàn)。
在圖3中，電磁層析成像系統(tǒng)的快速并行激勵裝置的激勵方法，其實(shí)施流程說明如下1.用通用編程器將電磁層析成像系統(tǒng)的多組激勵矩陣信息的二進(jìn)制編碼寫入8片EEPROM11-18中。
2.由計(jì)算機(jī)控制各片EEPROM的地址信號，選擇存儲在EEPROM11-18中的一種激勵模式，即決定采用其中的一種激勵矩陣信息。
3.根據(jù)所選擇的激勵模式設(shè)置第1個激勵方向激勵數(shù)據(jù)在EEPROM11-18中的首地址。
4.將當(dāng)前激勵方向控制信號的存儲地址輸出到EEPROM11-18。
5.由計(jì)算機(jī)1控制EEPROM11-18的輸出控制信號，使各片EEPROM同步輸出對應(yīng)激勵方向的激勵控制信號5，輸出到激勵控制電路21-28。
6.激勵控制電路21-28對選通的激勵信號進(jìn)行驅(qū)動后輸出到激勵線圈陣列9。
7.激勵線圈陣列9產(chǎn)生出對應(yīng)激勵方向的激勵場。
8.激勵系統(tǒng)形成激勵場后進(jìn)行邊界磁場信號檢測及圖像重建。
9.激勵控制信號的存儲地址指向下一個激勵方向。
10.重復(fù)步驟4到9直到16個方向的激勵全部完成。
11.到此，一個周期的旋轉(zhuǎn)激勵完成。
權(quán)利要求
1.一種電磁層析成像的快速并行激勵裝置，包括計(jì)算機(jī)、激勵基準(zhǔn)信號發(fā)生器、激勵控制電路、沿傳感器圓周等距排列的激勵線圈組成的激勵線圈陣列，其特征在于，在計(jì)算機(jī)與激勵控制電路之間增加了電可擦寫可編程只讀存儲器EEPROM，8片EEPROM的地址信號線和輸出控制信號線分別并聯(lián)，并且與計(jì)算機(jī)連接，每片EEPROM的輸出信號線分別跟一個激勵控制電路連接，每個激勵控制電路與激勵線圈陣列中的兩個激勵線圈相連。
2.一種電磁層析成像的快速并行激勵裝置的激勵方法，其特征在于，該激勵方法包含如下步驟1)用編程器將電磁層析成像激勵矩陣的二進(jìn)制編碼寫入8片EEPROM中；2)由計(jì)算機(jī)控制各片EEPROM的地址信號，使各片EEPROM選中第1個激勵方向激勵控制信息的存儲地址，由計(jì)算機(jī)控制各片EEPROM的輸出允許信號，使各片EEPROM同時輸出第1個激勵方向的激勵控制信號；3)將8片EEPROM輸出的64位并行激勵控制信號輸入激勵控制電路，激勵控制電路根據(jù)64位激勵控制信號對激勵基準(zhǔn)信號發(fā)生器輸出的激勵基準(zhǔn)信號進(jìn)行選通控制；4)激勵控制電路對選通的激勵信號進(jìn)行驅(qū)動后輸出到激勵線圈陣列；5)激勵線圈陣列產(chǎn)生出第1個激勵方向的激勵場；6)改變計(jì)算機(jī)輸出的地址信號，重復(fù)步驟3到6，依次產(chǎn)生出16個方向的激勵場，周而復(fù)始形成電磁層析成像所需的旋轉(zhuǎn)激勵場。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電磁層析成像的快速并行激勵裝置的激勵方法，其特征在于，電磁層析成像系統(tǒng)的多組激勵矩陣信息預(yù)先存儲在8片位寬為8位的EEPROM中，通過計(jì)算機(jī)改變存儲器地址來區(qū)分激勵模式，使一個激勵方向的64位激勵信息同步輸出，實(shí)現(xiàn)了傳感器16個激勵線圈的同步電流輸出控制。
全文摘要
一種電磁層析成像的快速并行激勵裝置和方法，在計(jì)算機(jī)和激勵控制電路之間有8片電可擦寫可編程只讀存儲器EEPROM，8片EEPROM的地址信號線和輸出控制信號線分別并聯(lián)，并且與計(jì)算機(jī)連接，每片EEPROM的輸出數(shù)據(jù)線分別接一個激勵控制電路，每個激勵控制電路與激勵線圈陣列中的兩個激勵線圈相連。將電磁層析成像系統(tǒng)的多組激勵矩陣信息預(yù)先存儲在8片位寬為8位的EEPROM中，通過計(jì)算機(jī)控制EEPROM的地址信號和輸出控制信號、激勵控制電路和激勵線圈陣列，實(shí)現(xiàn)快速并行激勵，比單獨(dú)依次激勵的方法速度提高近8倍，可在4.5微秒內(nèi)完成一個周期的旋轉(zhuǎn)激勵，在不改變硬件結(jié)構(gòu)的前提下實(shí)現(xiàn)多種激勵模式。
文檔編號G01N23/04GK1584565SQ20041004794
公開日2005年2月23日 申請日期2004年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月14日
發(fā)明者劉澤 申請人:北京交通大學(xué)