一种用于磁感应成像高精度相位测量的信号激励采集装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电磁传感器技术领域，具体地说，是一种用于磁感应成像高精度相位 测量的信号激励采集装置及方法。
【背景技术】
[0002] 高精度的磁感应成像依赖于高精度的相位测量。而高精度的相位测量依赖于高精 度、高稳定度的信号激励和采集方法。
[0003] 传统的激励采集系统所有的感应驱动和采集器在激励和采集以及非激励、非采集 的任何阶段都是加电。中国专利201410260579. 5公开了一种用于电阻抗成像的高精度数 据采集系统，就描述了一个这样的系统。
[0004] 由于一般磁感应成像测量系统最少16个激励采集器，因此系统静态功率消耗很 大。一个简单的方法就是给激励和采集按照测量时序要求，激励的时候和采集的时候才有 电源提供。但是当激励和采集的时候才接通电源是不行的，因为电路从启动到正常工作需 要一定的稳定时间。所以一般采用预热手段，就是当下一个测量时序需要激励和采集的收 发器，在上一组收发器工作的时候提前接通电源预热，而加电时间长短同样会影响高精度 信号采集的精确度。这样就需要各个收发器需要一个均衡的预热时间。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有技术中混频导致系统温漂增大，降低系统功耗及简化装置的技术目 的，本发明提出了一种静态功率消耗低、收发器使用和预热均匀、加电时间合理，从而获得 高精度、高稳定度的用于磁感应成像高精度相位测量的信号激励采集装置。
[0006] 为了实现本发明的目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
[0007] 本发明公开了一种用于磁感应成像高精度相位测量的信号激励采集装置，装置包 括至少16个激励采集器、激励采集器分别与采集放大器、激励放大器，采集放大器连接有 多路开关1，激励放大器连接有多路开关2,激励采集器还连接有电源开关时序控制器，电 源开关时序控制器包括电源开关和多路开关3,激励采集器与电源之间设置有电源开关，所 述的电源开关连接有多路开关3。
[0008] 作为进一步地改进，本发明所述的多路开关1连接控制采集放大器，多路开关2连 接控制激励放大器，多路开关3连接控制电源开关。
[0009] 本发明还公开了一种用于磁感应成像高精度相位测量的信号激励采集方法，激励 采集器呈环形布局，装置通过控制多路开关1、2、3来控制与每一个激励采集器连接的激励 放大器、采集放大器和电源开关，使得激励采集器呈激励状态、采集状态、预热状态或断电 状态，激励状态、采集状态、预热状态或断电状态由空间均衡原则进行顺序控制。
[0010] 作为进一步地改进，本发明所述的激励状态是多路开关3控制电源开关连通，多 路开关2控制激励放大器工作；采集状态是多路开关3控制电源连通，多路开关1控制采集 放大器工作；预热状态是多路开关3控制电源连通，激励放大器与采集放大器不工作；断电 状态是电源开关断开，激励放大器与采集放大器不工作。
[0011] 作为进一步地改进，本发明所述的激励采集器是激励线圈或采集线圈或预热线圈 或断电线圈。
[0012] 作为进一步地改进，本发明所述的空间均衡原则进行顺序控制是电极激励和采集 通电顺序，包括3线圈通电顺序和4线圈通电顺序。
[0013] 作为进一步地改进，本发明所述的3线圈通电顺序是，激励采集器号是i从0到 15号，激励线圈按照3*i(MOD16)顺序进行，第一个采集线圈号是i-3,第一个预热线圈号是 i+3,其余是i作为激励线圈，i+3n(MOD16)为采集线圈，i+3(n+l) (MOD16)预热线圈。
[0014] 作为进一步地改进，本发明所述的3线圈通电顺序中，每遍历采集后（如16个） 切换一次激励电极，每次切换的激励采集器的间隔是3个电极，由多路开关3同时控制电源 开关连通的数量是3个。
[0015] 作为进一步地改进，本发明所述的4线圈通电顺序是，当前采集电极编号与电极0 的间隔为i，j (n)代表当前测量电极号，j (n+1)代表下一次测量电极号：
[0016] j (n+1) = j(n)+5 (i = 1,2)
[0017] j (n+1) = j (n)+7 (i = 3,4,5)
[0018] j (n+1) = j (n)+2 (i = 6)
[0019] J(n+1) = j(n)+3 (i = 7,8)
[0020] 每一次采集和激励切换一次激励和采集电极，在激励采集器的线圈中，由多路开 关3同时控制电源开关连通的数量是4个。
[0021] 本发明的有益技术效果如下：
[0022] 本发明公开了一种静态功率消耗低、收发器使用和预热均匀、加电时间合理，从而 获得高精度、高稳定度的用于磁感应成像高精度相位测量的信号激励采集装置，为传统磁 感应相位测量提出了一个收发器预热、激励、采集均衡分配的电源开关时序控制器，时序控 制起器控制只有激励和采集的电极通电，而其他收发器断电的方式工作，在节省静态电源 消耗的同时，保持测量精度不受温度的影响，保持测量精度的一致性，降低功耗，可以减少 近87. 5%的收发器的静态电流消耗。采取任一次采集都有相同数量的线圈通电预热的方法 减小温度对测量的影响，解决了激励的一致性的问题，保证了所有的线圈无论作为激励还 是采集，预热时间是相同的，工作时间也是相同的，当前激励电极和上一次激励电极以及下 一次激励电极的空间间隔也是相同的。更进一步地，采用每一次采集和激励，当前激励和采 集电极完成本次采集以后同时切断电源，而由采集时预热的另外两个电极进行下一次采集 的激励和采集功能，每采集一次同时预热两个电极，完成采集以后同时切换（一次）激励和 采集电极的4线圈通电顺序方法，解决了一个激励线圈连续通电后由激励转为接收的温度 不均匀问题，测量受温度影响更小；最大限度的均衡了通电热量，使得相位漂移最小。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明技术方案的第n个激励采集器的控制结构示意图；
[0024] 图2为本发明技术方案装置的整体硬件结构示意图。
【具体实施方式】
[0025] 本发明公开了一种用于磁感应成像高精度相位测量的信号激励采集装置，图1为 本发明技术方案的第n个激励采集器的控制结构示意图；装置包括16个激励采集器、激励 采集器分别与采集放大器、激励放大器，采集放大器连接有多路开关1，激励放大器连接有 多路开关2,激励采集器还连接有电源开关时序控制器，电源开关时序控制器包括电源开 关和多路开关3,激励采集器与电源之间设置有电源开关，所述的电源开关连接有多路开关 3。多路开关1连接控制采集放大器，多路开关2连接控制激励放大器，多路开关3连接控 制电源开关。
[0026] 图2为本发明技术方案装置的整体硬件结构示意图，一种用于磁感应成像高精度 相位测量的信号激励采集方法，激励采集器呈环形布局，装置通过控制多路开关1、2、3来 控制与每一个激励采集器连接的激励放大器、采集放大器和电源开关，使得激励采集器呈 激励状态、采集状态、预热状态或断电状态，激励状态、采集状态、预热状态或断电状态由空 间均衡原则进行顺序控制，激励状态是多路开关3控制电源开关连通，多路开关2控制激励 放大器工作；采集状态是多路开关3控制电源连通，多路开关1控制采集放大器工作；预热 状态是多路开关3控制电源连通，激励放大器与采集放大器不工作；断电状态是电源开关 断开，激励放大器与采集放大器不工作。激励采集器可以是激励线圈或采集线圈或预热线 圈或断电线圈。
[0027] 空间均衡原则进行顺序控制是电极激励和采集通电顺序，包括3线圈通电顺序 和4线圈通电顺序。3线圈通电顺序是，激励采集器号是i从0到15号，激励线圈按照 3*i (MOD16)顺序进行，第一个采集线圈号是i-3,第一个预热线圈号是i+3,其余是i作为激 励线圈，i+3n(MOD16)为采集线圈，i+3(n+l)(MOD16)预热线圈，每遍历采集后（如16个） 切换一次激励电极，每次切换的激励采集器的间隔是3个电极，由多路开关3同时控制电源 开关连通的数量是3个。
[0028] 4线圈通电顺序是，每一次采集和激励切换一次激励和采集电极，在激励采集器的 线圈中，由多路开关3同时控制电源开关连通的数量是4个。
[0029] 现有的磁感应成像方法都没有提及信号收发器激励和采集的耗电问题。而且信号 激励和采集顺序都是基于自然顺序的，有0-15个激励线圈，则0号线圈激励，1_15(F)顺序 采集。1号线圈激励，2-15(F)，0顺序采集，依次类推。然而这样，就需要电极的激励和采集 电路通电以后有一个温度稳定过程，否则测量将出现较大误差。
[0030] 为了平衡降低功耗和预热两个问题，采用三个线圈加电的方法，就是当0号线圈 通电激励，1号线圈通电采集的时候，下一个采集线圈2号线圈开始预热；而当0号线圈通 电激励，2号线圈通电采集的时候，下一个采集线圈3号线圈通电预热。这样就兼顾了降低 系统功耗和同时保证采集电路热稳定。这样每个激励采集器就有3个控制端，当MUX1 (多 路开关1)有效的时候，该收发器工作在采集状态；当MUX2 (多路开关2)有效的时候，该收 发器工作在激励状态；而激励采集器是否可以工作，决定于电源开关MUX3(多路开关3)是 否有效。我们假定〇为无效，1为有效，则一个激励采集器的工作状态如下：
[0031]
[0032] 这样每一个激励采集器就有四个状态，那就是断电、预热、激励、采集。
[0033] 然而，由于0号线圈激励的时候，是在其他15个顺序采集的时间内一直通电；系统 转换到1号作为激励的时候，〇号线圈的温度就会与其他线圈有温度不一致的问题。同时， 当0号线圈激励的最后一个采集线圈完成以后，系统按照顺序转移成为0号通电激励，15号 通电采集，1号线圈通电作为下一个激励线圈的预热，2号线圈通电作为采集线圈预热。这 样通常3组线圈通电的一致性被打破，同样造成系统误差。