當(dāng)前位置：首頁(yè) > 測(cè)試測(cè)量 > 測(cè)試測(cè)量

AD5933在電磁層析成像硬件系統(tǒng)中的應(yīng)用

時(shí)間：2010-03-05 00:13:47

關(guān)鍵字：電磁硬件系統(tǒng) AD5933 MT

手機(jī)看文章

掃描二維碼
隨時(shí)隨地手機(jī)看文章

[導(dǎo)讀]　基于電磁感應(yīng)原理的電磁層析成像(EMT)技術(shù)能夠以非介入、非接觸和無(wú)危害的方式對(duì)兩相流或多相流斷面成像，獲取管道截面不同物質(zhì)的空間分布信息，在石油、化工、冶金等領(lǐng)域中有著廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。　　如圖

　基于電磁感應(yīng)原理的電磁層析成像(EMT)技術(shù)能夠以非介入、非接觸和無(wú)危害的方式對(duì)兩相流或多相流斷面成像，獲取管道截面不同物質(zhì)的空間分布信息，在石油、化工、冶金等領(lǐng)域中有著廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。

　　如圖1所示，EMT系統(tǒng)工作過(guò)程如下：在激勵(lì)線(xiàn)圈中通入交變電流，激勵(lì)線(xiàn)圈在被測(cè)空間產(chǎn)生出交變的激勵(lì)磁場(chǎng)，被測(cè)空間中具有導(dǎo)電性或?qū)Т判晕镔|(zhì)的存在將會(huì)改變激勵(lì)磁場(chǎng)的分布，從而得到一個(gè)與被測(cè)物質(zhì)空間電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率分布相關(guān)的物場(chǎng)，分布在被測(cè)空間邊界的檢測(cè)線(xiàn)圈以電磁感應(yīng)的方式獲得磁場(chǎng)的分布信息。然后通過(guò)對(duì)檢測(cè)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，模/數(shù)變換和信號(hào)解調(diào)，最后由定性或定量的圖像重建算法計(jì)算出物質(zhì)在被測(cè)空間中的分布狀況，即重建出被測(cè)空間中導(dǎo)電和導(dǎo)磁物質(zhì)的分布圖像。

圖1 EMT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　在EMT系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和檢測(cè)信號(hào)解調(diào)模塊是整個(gè)EMT硬件系統(tǒng)核心部分，傳統(tǒng)的EMT系統(tǒng)采用獨(dú)立的硬件電路分別實(shí)現(xiàn)這三個(gè)模塊的功能，而采用AD5933改進(jìn)設(shè)計(jì)的EMT硬件電路，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了這三個(gè)模塊的功能。

　　AD5933
　　AD5933是一款高精度的阻抗數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它解決了從阻抗到數(shù)字直接轉(zhuǎn)換的復(fù)雜信號(hào)處理難題。它采用直接數(shù)字頻率合成器(DDS)技術(shù)把模/數(shù)轉(zhuǎn)換 (ADC)和數(shù)字信號(hào)處理(DSP)功能結(jié)合、提供一種精細(xì)頻率掃頻能力，允許用高達(dá)100KHz的已知頻率來(lái)激勵(lì)外部復(fù)阻抗(100Ω～10MΩ范圍)。被激勵(lì)阻抗元件的響應(yīng)信號(hào)直接被片內(nèi)的ADC采樣，然后用片內(nèi)DSP處理器進(jìn)行離散傅立葉變換(DFT)。在掃頻情況下，DSP通過(guò)DFT算法返回每個(gè)頻點(diǎn)的實(shí)部(R)和虛部(I)數(shù)據(jù)字，從而可以根據(jù)初始校準(zhǔn)數(shù)據(jù)很方便地計(jì)算出阻抗值。其功能模塊如圖2所示。

圖2 AD5933功能模塊

　　AD5933片上的DDS時(shí)鐘可以由兩種方式提供：一種是使用高精度、較穩(wěn)定的外部時(shí)鐘信號(hào);另一種是通過(guò)片上振蕩器產(chǎn)生一個(gè)典型的16.776MHz 的內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)。兩種方式可通過(guò)控制寄存器的狀態(tài)位來(lái)決定。AD5933提供了掃頻的功能。只要通過(guò)編程中指定三個(gè)參數(shù)：開(kāi)始頻率,頻率增益,增長(zhǎng)點(diǎn)就可以得到不同頻率下的正弦激勵(lì)信號(hào),如50KHz，75KHz，100KHz的正弦信號(hào)。指定頻率的正弦激勵(lì)信號(hào)由具有27位相位累加器的DDS產(chǎn)生。掃頻正弦信號(hào)的起始頻率計(jì)算公式如下：

　

(1)

　　激勵(lì)信號(hào)通過(guò)VCCS接入傳感器，傳感器輸出的響應(yīng)信號(hào)經(jīng)過(guò)片內(nèi)12位1MSPS的ADC采樣，并由片內(nèi)DSP處理。

在掃頻過(guò)程中的每個(gè)頻點(diǎn)的解調(diào)信號(hào)都需要進(jìn)行DFT處理，計(jì)算公式如下：

　

(2)

　其中X(f)是當(dāng)頻率為f時(shí)經(jīng)過(guò)DFC處理的解調(diào)信號(hào)，x(n)是ADC的輸出信號(hào)，cos(n)和sin(n)是在頻點(diǎn)f處進(jìn)行計(jì)算以返回阻抗實(shí)部(R)和虛部(I)值。

　　AD5933的控制通過(guò)I2C串行接口協(xié)議實(shí)現(xiàn)。其讀/寫(xiě)操作時(shí)序圖如圖3所示。

圖3 I2C串行接口時(shí)序圖

　　AD5933是作為主設(shè)備控制下的一個(gè)從設(shè)備連接到總線(xiàn)上的，當(dāng)給設(shè)備供電時(shí)，默認(rèn)的串行總線(xiàn)地址是0001101。當(dāng)串行時(shí)鐘線(xiàn)(SCL)保持高電平，同時(shí)串行數(shù)據(jù)線(xiàn)(SDA)由高電平變到低電平時(shí)，開(kāi)始初始化數(shù)據(jù)傳輸。從設(shè)備響應(yīng)開(kāi)始條件，傳輸8 位信息，其中7位是從設(shè)備地址，加上1位讀/寫(xiě)標(biāo)志位(從設(shè)備中讀數(shù)據(jù)是0，寫(xiě)數(shù)據(jù)是1)。在第9個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)，從設(shè)備的數(shù)據(jù)位保持低電平，作為 AD5933的確認(rèn)位。接下來(lái)開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在串行總線(xiàn)上按9個(gè)時(shí)鐘脈沖傳送，其中8位為數(shù)據(jù)位，第9位為主設(shè)備或其他從設(shè)備的應(yīng)答位。

　　EMT硬件系統(tǒng)

　　采用AD5933替代了傳統(tǒng)的EMT硬件系統(tǒng)的激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和檢測(cè)信號(hào)解調(diào)模塊這三部分。

　　激勵(lì)信號(hào)產(chǎn)生模塊

　　傳統(tǒng)的EMT系統(tǒng)采用獨(dú)立的DDS芯片來(lái)產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，所以選擇性較強(qiáng)，可以采用任意的DDS芯片。由于AD5933片內(nèi)的DDS具有27位的相位累加器，可以提供小于0.1Hz的頻率分辨率，最高頻率可達(dá)100KHz，并且還提供了掃頻的功能，完全可以滿(mǎn)足EMT系統(tǒng)激勵(lì)信號(hào)的要求。但是，由于片內(nèi)提供的時(shí)鐘信號(hào)精度和穩(wěn)定性較弱，所以本設(shè)計(jì)通過(guò)外部時(shí)鐘信號(hào)引腳(MCLK)引入外部時(shí)鐘信號(hào)。

　　數(shù)據(jù)采集模塊

　　AD5933的數(shù)據(jù)采集通道包括增益放大器，低通濾波器和12位的ADC。感應(yīng)線(xiàn)圈的信號(hào)只要稍加放大就可以直接接入。因此, AD5933的數(shù)據(jù)采集通道不僅滿(mǎn)足EMT系統(tǒng)采集信號(hào)的要求，也為設(shè)計(jì)帶來(lái)了方便。

　　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(xiàn)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(mǎn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)圈。

　　在解調(diào)時(shí)，檢測(cè)線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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。

本站聲明：本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布，目的在于傳遞更多信息，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)，本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專(zhuān)欄作者，如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益，請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。

換一批

三井物產(chǎn)和Quantinuum合作開(kāi)發(fā)日本和亞太量子計(jì)算市場(chǎng)

三井物產(chǎn)株式會(huì)社和Quantinuum公司簽署戰(zhàn)略伙伴關(guān)系協(xié)議，在日本和亞太地區(qū)合作提供量子計(jì)算服務(wù)。兩家公司將聯(lián)合致力于量子應(yīng)用開(kāi)發(fā)，為從事各種量子計(jì)算領(lǐng)域工作的組織提供增值服務(wù)。預(yù)計(jì)到2040年，量子計(jì)算領(lǐng)域的全球價(jià)...

關(guān)鍵字： ANTI 量子計(jì)算應(yīng)用開(kāi)發(fā) MT

[美通社全球TMT]

Ansys任命馬金梭為中國(guó)區(qū)總經(jīng)理

（全球TMT2022年10月17日訊）Ansys宣布任命馬金梭擔(dān)任中國(guó)區(qū)總經(jīng)理，全面負(fù)責(zé)Ansys在中國(guó)大陸地區(qū)的業(yè)務(wù)，并領(lǐng)導(dǎo)包括銷(xiāo)售、渠道、高校、合規(guī)以及營(yíng)銷(xiāo)、運(yùn)營(yíng)等在內(nèi)的工作。馬金梭于10月1日正式上任...

關(guān)鍵字： ANSYS MT

[美通社全球TMT]

TCL電子獲大股東及信托累計(jì)增持超1億股

（全球TMT2022年10月13日訊）TCL電子控股有限公司（“TCL電子”或“公司”）宣布，自2022年中期業(yè)績(jī)公告日（即2022年8月19日）至今，大股東TCL實(shí)業(yè)控股股份有限公司（“TCL控股”）增持TCL電子股...

關(guān)鍵字： TCL 電子 MT

[快訊]

信達(dá)生物用于治療非小細(xì)胞肺癌藥物塞普提尼在中國(guó)獲批

信達(dá)生物制藥集團(tuán)高選擇性RET抑制劑塞普替尼（40mg & 80mg 膠囊）獲得國(guó)家藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)，用于治療轉(zhuǎn)染重排（RET）基因融合陽(yáng)性的局部晚期或轉(zhuǎn)移性非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）成人患者、需要系統(tǒng)性治療的...

關(guān)鍵字：放射性 TC MT

[美通社全球TMT]

全球服務(wù)器市場(chǎng)強(qiáng)勁增長(zhǎng)，浪潮信息保持全球第二

（全球TMT2022年9月30日訊）近日，高德納咨詢(xún)公司（Gartner）發(fā)布2022年最新全球服務(wù)器市場(chǎng)報(bào)告，數(shù)據(jù)顯示，2022年上半年全球服務(wù)器市場(chǎng)增長(zhǎng)強(qiáng)勁，出貨量為668.9萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)11.8%，銷(xiāo)售額566...

關(guān)鍵字： GARTNER 數(shù)據(jù)中心 MT

[美通社全球TMT]

新思科技推出業(yè)內(nèi)首款硬件仿真與原型驗(yàn)證統(tǒng)一系統(tǒng)

（全球TMT2022年9月27日訊）新思科技近日宣布推出業(yè)內(nèi)首款基于其ZeBu? EP1硬件仿真系統(tǒng)的硬件仿真與原型驗(yàn)證統(tǒng)一硬件系統(tǒng)，致力為SoC驗(yàn)證和前期軟件開(kāi)發(fā)提供更高水平的性能和靈活性。新思科技ZeBu...

關(guān)鍵字：硬件仿真新思科技硬件系統(tǒng) 編譯

[美通社全球TMT]

埃森哲2022財(cái)年全球營(yíng)業(yè)收入達(dá)616億美元

（全球TMT2022年9月23日訊）埃森哲最新財(cái)務(wù)報(bào)告顯示，埃森哲2022財(cái)年（截至2022年8月31日）業(yè)績(jī)表現(xiàn)非常強(qiáng)勁。2022財(cái)年，埃森哲全球營(yíng)業(yè)收入達(dá)到616億美元，以美元和當(dāng)?shù)刎泿庞?jì)，創(chuàng)紀(jì)錄地分別同比增長(zhǎng)2...

關(guān)鍵字： MT

[美通社全球TMT]

數(shù)字技術(shù)和客戶(hù)體驗(yàn)服務(wù)提供商CSS Corp更名為Movate

（全球TMT2022年9月21日訊）數(shù)字技術(shù)和客戶(hù)體驗(yàn)（CX）服務(wù)提供商CSS Corp已更名為Movate™。新品牌標(biāo)志象征著公司向以數(shù)字為主導(dǎo)、以人為導(dǎo)向的組織轉(zhuǎn)型，通過(guò)技術(shù)和人類(lèi)的聰明才智，幫助眾多...

關(guān)鍵字： TE OV MT MOMENTUM

[產(chǎn)業(yè)新聞]

TUV南德出席并受邀于2022世界智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)大會(huì)發(fā)言

北京, 2022年9月21日 /美通社/ -- 9月17日，第三方檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)TUV 南德意志集團(tuán)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)"TUV南德"）受邀出席2022世界...

關(guān)鍵字：智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē) ALEXA MT AN

[快訊]

2022年蓋板玻璃模塊市場(chǎng)預(yù)計(jì)將首遭出貨量下降

由于消費(fèi)設(shè)備市場(chǎng)受到庫(kù)存清理、通貨膨脹等因素影響，Omdia預(yù)計(jì)，蓋板玻璃模塊的出貨量將從2021年的63.6億片同比下降4.5%，至2022年的60.1億片。在2021年，手機(jī)應(yīng)用占據(jù)蓋板玻璃模塊最大的出貨量份額，達(dá)到...

關(guān)鍵字：手機(jī) 消費(fèi)電子電子市場(chǎng) MT