[發明專利]一種用于電阻抗成像的高精度數據采集系統

有效

• 申請號: 201410260579.5
• 申請日: 2014-06-12
• 公開（公告）號: CN104007322B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 史學濤;董秀珍;尤富生;季振宇;付峰;劉銳崗;徐燦華;楊濱;代萌;李靖
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍第四軍醫大學
• 主分類號: G01R27/14
• 分類號: G01R27/14
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所61216
• 代理人: 李鄭建

1.一種用于電阻抗成像的高精度數據采集系統，其特征在于，該系統的主要部件包括：

一系列粘貼于被測目標表面的電極，用于采集目標區域的電阻抗信息；

一個可編程電流源，用以產生所需頻率與幅度的激勵電流信號；

一個電極接口模塊，用于選擇激勵電極與測量電極；

一個電壓測量模塊，用于測量選定電極對間的響應電壓差信號；

一個電流檢測模塊，用于檢測實際注入目標區域的電流強度；

一個數字解調模塊，用于計算被測電阻抗信息；

一個通訊接口模塊，用于與上位機進行通訊并上傳采集到的電阻抗信息；

一個主控制模塊，該主控制模塊分別連接可編程電流源、數字解調模塊、電極接口模塊、通訊接口模塊，用于對系統工作狀態與采集過程進行控制，該主控制模塊依據上位機的指令對依據所建立的數據采集系統工作狀態進行配置并對數據采集過程進行管理；在數據采集過程中，主控制模塊實時監測激勵電流的實際強度，當實際電流強度與預期值偏離達到一定程度時，自動調節可編程電流源的輸出幅值，以確保成像目標區域實際注入的電流滿足要求；

針對每個所述電極，分別設置1個單獨的電流檢測器；各所述電流檢測器與電極之間通過電極接口模塊中的單刀雙擲開關控制；所述電流檢測器包括相并聯的運算放大器和反饋電阻R，應用運算放大器的虛短效應使電流檢測輸入端達到虛地效果；工作時，所述主控制器將電流返回端電極與相應的電流檢測器連通，電流檢測器將該電流轉換成與之成正比例關系的電壓信號，并通過“多選一”電子開關傳給所述數字解調模塊，進行電流幅度的解調運算。

2.如權利要求1所述的用于電阻抗成像的高精度數據采集系統，其特征在于，所述的可編程電流源由可編程信號發生器和電壓電流轉換器共同構成，其中：

所述的可編程信號發生器的輸出信號幅度可控，幅度調控分辨率不低于12位，且在輸出幅度調整過程中，輸出信號的相對諧波失真量不發生顯著改變；

所述電壓電流轉換器可將輸入電壓按特定比例轉換成電流信號輸出，且輸出電流可通過公共的參考地電平返回。

3.如權利要求1所述的用于電阻抗成像的高精度數據采集系統，其特征在于，所述的電極接口模塊由電極導線雙重屏蔽系統和電極選擇開關系統共同組成，其中：

所述的電極導線雙重屏蔽系統由電極導線和針對每根電極的屏蔽驅動單元共同構成；

所述的電極導線由多根同軸電纜和包裹于這些同軸電纜外圍的總屏蔽層共同構成；各電纜的芯線分別與1個電極相連，屏蔽層與上述的屏蔽驅動單元相連；總屏蔽層與地電平相連；

所述的屏蔽驅動單元由1個具有高輸入阻抗特性的電極電壓緩沖器級聯1個具有高輸出負載能力的屏蔽驅動器共同構成。

4.如權利要求3所述的用于電阻抗成像的高精度數據采集系統，其特征在于，所述的屏蔽驅動單元中的電極電壓緩沖器的輸入端與上述同軸電纜的芯線直接相連用于檢測電極電位，其增益為1，其對地等效電容與上述的電極選擇開關的分布電容之和應不超過5pF，輸入阻抗不小于10MΩ；

所述的屏蔽驅動器的輸出端與同軸電纜的屏蔽層相連，其增益為1并具備驅動0.1uF以上的容性負載能力。

5.如權利要求3所述的用于電阻抗成像的高精度數據采集系統，其特征在于，所述的電極選擇開關系統為上述的可編程電流源分配1個“一選多”電子開關以選擇激勵電流注入電極；為各電極分別分配1個單刀雙擲電子開關用以確定是將電極連接到電流源選擇電子開關還是電流檢測模塊；其中：

所述的單刀雙擲電子開關的分布電容與上述電極電壓緩沖器的對地等效電容之和不超過5pF，導通電阻應滿足如下公式：