[發(fā)明專利]一種用于電阻抗成像的增量放大式信號測量裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710092745.5
• 申請日: 2007-09-25
• 公開（公告）號: CN101125080A
• 公開（公告）日: 2008-02-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何為;何傳紅;張占龍;羅辭勇;毛玉星;熊蘭;徐征
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: A61B5/053
• 分類號: A61B5/053
• 代理公司: 重慶市恒信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 劉小紅

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種信號測量裝置，特別是涉及一種用于電阻抗成像的增量放大式信號測量裝置。

背景技術(shù)：

在電阻抗成像技術(shù)中，一般采用向被測對象施加激勵電流同時檢測其表面電位的方式。激勵電流的注入和表面電位的拾取通過與被測對象直接接觸的一組電極實現(xiàn)。在特定的電流激勵模式下，被測對象表面的電位分布取決于該被測對象內(nèi)部的電導(dǎo)率分布，也就是說被測對象表面電位包含了其內(nèi)部電導(dǎo)率的信息，由此通過特定的算法可以逆推得到被測對象內(nèi)部的電導(dǎo)率分布，從而實現(xiàn)電阻抗成像.

但是被測對象表面電位分布對其內(nèi)部電導(dǎo)率分布的靈敏度很低，由此導(dǎo)致了電阻抗成像逆問題即圖像重構(gòu)具有嚴(yán)重的病態(tài)性，這將嚴(yán)重影響最終的成像質(zhì)量。解決這一問題除了直接從逆問題著手改進(jìn)圖像重構(gòu)算法外，向被測對象施加精確的激勵電流并準(zhǔn)確測量其表面電位也是電阻抗成像質(zhì)量的必要保證。

在現(xiàn)有的電阻抗成像系統(tǒng)中，通常將電極與測量電路分離，它們之間通過一段較長的電纜線連接.這種方式對激勵電流的注入和表面電位的測量都會帶來不利影響。一方面，電纜線的分布電容和分布電感將導(dǎo)致激勵電流產(chǎn)生衰減，而衰減量不可控，這樣將無法保證精確的激勵電流注入；另一方面，較長的電纜線容易耦合各種干擾，而被測對象表面的電壓本身就很微弱，這使得電壓的準(zhǔn)確測量變得更加困難。

具體來講，電壓測量需要獲取被測電壓的幅度和相位信息，這一過程通常也稱為解調(diào)。電阻抗成像的信號解調(diào)方法分為模擬解調(diào)和數(shù)字解調(diào)兩種，目前最常用的是數(shù)字解調(diào)。在這種解調(diào)方式下，模擬電壓信號經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砗缶陀赡?shù)轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號，然后用數(shù)字解調(diào)算法求出被測電壓信號的幅度和相位；數(shù)字相敏解調(diào)(DPSD)是一種最為常用的解調(diào)算法。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供一種用于電阻抗成像的增量放大式信號測量裝置，它在具有較高的測量精度的同時，降低了裝置的成本。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案方案是這樣的：即一種用于電阻抗成像的增量放大式信號測量裝置，包括殼體、電極陣列、開關(guān)陣列、信號發(fā)生電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、電壓/電流變換電路、電壓幅度調(diào)節(jié)電路、電壓濾波放大電路、差分運算電路和中央控制處理電路；其特征是：

(a)電極陣列中具有與電壓/電流變換電路的激勵電流輸出端連接的一對電流激勵電極，及輸出端與電壓濾波放大電路連接的測量電極；由中央控制處理電路控制開關(guān)陣列切換電極陣列中的電極與電壓/電流變換電路的激勵電流輸出端連接或與電壓濾波放大電路連接，從而依次改變電流激勵電極和測量電極的位置，一次完整的測量將得到n×(n-3)個電壓值，其中n為電極陣列中電極的個數(shù)；

(b)信號發(fā)生電路產(chǎn)生單頻或多頻的電壓信號，分成兩個部分：激勵信號發(fā)生電路產(chǎn)生激勵信號，該信號經(jīng)電壓/電流變換電路變成激勵電流信號向電流激勵電極輸出；參考信號發(fā)生電路產(chǎn)生與激勵信號同頻的參考電壓信號，該信號經(jīng)電壓幅度調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)幅度后作用于差分運算電路；通過中央控制處理電路的調(diào)節(jié)使參考信號與激勵信號之間維持特定的相差；

(c)電壓濾波放大電路對信號電壓進(jìn)行濾波和放大處理，包括兩個部分，其一是基礎(chǔ)信號電壓放大濾波電路，處理測量電極直接感測到的被測對象的表面電位信號電壓，并將輸出的基礎(chǔ)信號電壓分別送往差分運算放大器和經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路后送往中央控制處理電路；其二是差分信號電壓放大濾波電路，處理增量信號電壓；通過可變程增益放大器調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)以適應(yīng)不同幅度的信號，放大倍數(shù)由中央控制處理電路控制；所述基礎(chǔ)信號電壓放大濾波電路將基礎(chǔ)信號電壓送入差分運算放大器，由其獲得基礎(chǔ)信號電壓與參考信號間的增量，然后將該增量送入差分信號電壓放大濾波電路進(jìn)行放大和濾波，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后送往中央控制處理電路；

(d)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)入中央控制處理電路，中央控制處理電路利用數(shù)字相敏解調(diào)(DPSD)算法求取增量信號的幅度和相位，最后將基礎(chǔ)信號與增量信號疊加，得到最終的電壓測量值，并將該值向計算機(jī)輸出。

上述電極陣列與被測對象直接接觸，激勵電流通過電極注入被測對象，表面電位信號也通過電極感測。本發(fā)明裝置可為手持式結(jié)構(gòu)，具有將電極和測量電路設(shè)置在一起的探頭盒，電極陣列中的電極的接線端直接安裝在位于探頭盒內(nèi)的電路板上與對應(yīng)的電路連接，其測量端外露于探頭盒。

本發(fā)明裝置由于上述結(jié)構(gòu)而具有以下特點：

1)具有將電極和測量電路設(shè)置在一起的探頭盒，極大的縮短了測量電路與電極之間的距離，減少了導(dǎo)線分布電容、分布電感以及各種電磁干擾對信號測量的不利影響。