专利名称：电磁层析成像系统的快速并行激励装置及方法
技术领域：
本发明涉及电磁物质空间分布的测量处理装置及其激励控制方法，尤其涉及一种电磁层析成像系统的激励装置及方法。
背景技术：
电磁层析成像(Electromagnetic Tomography，EMT)是一种二十世纪九十年代初期发展起来的基于电磁感应原理的新型过程层析成像技术，它能够以非接触和非介入的方式重建出被测空间中具有电磁特性物质的分布图像。这一技术采用外加交流激励磁场从不同的观测角度扫掠具有导电或导磁物质分布的被测物场，基于电磁感应原理，物场中的导磁物质会形成感应磁场，而导电物质则会产生电涡流，这些都会对原有激励磁场产生调制作用，二者叠加起来会在物场边界处的检测线圈上产生不同幅值和相位的感应电势。应用激励场分布信息与检测线圈的测量信息，由图像重建算法可计算出物质的分布图像。
对于电磁层析成像系统，对物场进行扫掠的激励场需要满足特定的场分布，并且能够沿圆周旋转，系统实现的难点之一是如何提高激励场产生和旋转的速度。现有的激励方法如专利号为ZL97119780.6，发明人为徐苓安等的专利“可产生多种形式激励的电磁层析成像激励系统及其激励方法”以及《仪器仪表学报》2001第6期，p614-617，作者刘泽何敏 徐苓安 熊汉亮，EI收录号为02106877824的论文“多激励模式的电磁层析成像系统”所述，是对沿圆周分布的激励线圈依次进行电流驱动，建立一个激励场需要通过软件控制使得沿圆周的激励线圈依次单独控制，这种方法产生激励场的速度较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有激励方法产生激励场速度低的缺点，提供一种电磁层析成像系统的快速并行激励装置及方法，满足电磁层析成像系统激励场建立及旋转速度的要求，提高整个系统的图像重建速度。
本发明采用的技术方案是在计算机与激励控制电路之间增加了电可擦写可编程只读存储器EEPROM，8片EEPROM的地址信号线和输出控制信号线分别并联，并且与计算机连接，每片EEPROM的输出数据线分别跟一个激励控制电路连接，16个沿传感器圆周等距排列的激励线圈组成激励线圈阵列，每个激励控制电路与激励线圈阵列中的两个激励线圈相连。计算机同时连接一台激励基准信号发生器，激励基准信号发生器分别与每一个激励控制电路连接。
电磁层析成像的快速并行激励装置的激励方法包括下列步骤1.用编程器将电磁层析成像激励矩阵的二进制编码写入8片EEPROM中。
2.由计算机控制各片EEPROM的地址信号，使各片EEPROM选中第1个激励方向激励控制信息的存储地址，由计算机控制各片EEPROM的输出允许信号，使各片EEPROM同时输出第1个激励方向的激励控制信号。
3.将8片EEPROM输出的64位并行激励控制信号输入激励控制电路，激励控制电路根据64位激励控制信号对激励基准信号发生器输出的激励基准信号进行选通控制。
4.激励控制电路对选通的激励信号进行驱动后输出到激励线圈阵列。
5.同时激励线圈阵列产生出第1个激励方向的激励场。
6.改变计算机输出的地址信号，重复步骤3到6，依次产生出16个方向的激励场，周而复始形成电磁层析成像所需的旋转激励场。
由于本发明采取了上述技术方案，将电磁层析成像系统的多组激励矩阵信息预先存储在8片位宽为8位的EEPROM中，通过计算机改变存储器地址来区分激励模式，使一个激励方向的64位激励信息同步输出，实现了传感器16个激励线圈的同步电流输出控制，本发明所产生的有益效果是在不需改变硬件结构的条件下，提高了激励的速度，扩展了图像重建系统的应用范围。与每个激励线圈单独依次激励的方法比较，激励速度提高近8倍，扣除激励场形成后边界磁场检测所需的时间，旋转激励一个周期仅需4.5微秒。采用以上激励方法的电磁层析成像系统，图像重建速度快，可在线实现电磁特性物质空间检测，所以可应用于工业过程多相流检测、化工分离、异物监测、地质勘探及生物医学研究等领域。例如，在冶金企业的矿石精选过程中，应用本发明可在线分辨矿石中金属、导磁材料的比例；在建筑质量评价中，应用本发明可在不破坏建筑结构体的前提下分析其中钢材的用量及分布；在食品工业中，应用本发明可快速检测出食品中混杂的金属异物，方便其得到分离。
图1是本发明总体电路结构的方框图；图2是本发明激励控制基本单元的方框图；图3是本发明的一种实施方法流程图。
1.计算机 2.激励基准发生器控制信号3.EEPROM地址信号 4.EEPROM输出控制信号5.激励控制信号(也称EEPROM输出数据)
6.激励基准信号发生器 7.激励基准信号8.激励电流信号 9.激励线圈阵列 10.激励控制基本单元305.第5个激励线圈 306.第6个激励线圈101.激励选通控制信号 102.激励电压信号 103.激励电流方向控制信号具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施详述如下电磁层析成像的快速并行激励装置如图1所示，包含计算机、电可擦写可编程只读存储器EEPROM、激励控制电路、16个沿传感器圆周等距排列的激励线圈组成激励线圈阵列、激励基准信号发生器。EEPROM11-18的地址信号线和输出信号控制线分别并联，并联端与计算机1相连，EEPROM11-18的数据输出信号线分别接激励控制电路21-28，激励控制电路21-28分别与激励线圈阵列中的两个激励线圈相连，计算机1同时与激励基准信号发生器5相连接，激励基准信号发生器5与激励控制电路21-28分别由导体连接。其中1.计算机1用于控制存储激励矩阵信息的8片EEPROM11-18，使其同步输出并行64位的激励控制信号5；也用于控制激励基准信号发生器6，使其产生特定的激励基准信号7。
2.激励基准信号发生器控制信号2由计算机1产生的用于控制激励信号发生器6的并行接口信号。
3.EEPROM地址信号3用于某一激励磁场方向下激励信息存储地址的寻址。
4.EEPROM输出控制信号4用于控制8片EEPROM11-18的输出允许信号，使64位的激励控制信号5能够同步输出。
5.激励控制信号(也称EEPROM输出数据)EEPROM11-18同步输出的64位激励场控制信号，即8片EEPROM输出数据端组合出的64位输出信号。
6.激励基准信号发生器6用于产生供激励控制电路选择的8路激励基准信号7，可应用型号为AD7008的直接数字合成信号发生器芯片实现。
7.激励基准信号7包含8路幅度按照正弦波第一象限等间隔排列的激励电压信号。
8.激励电流信号8直接驱动激励线圈阵列9中各个激励线圈的电流信号。
9.激励线圈阵列9包含16个沿传感器圆周等距排列的激励线圈，其中每个激励线圈由一对铜片极板经导体连接构成，匝数为1匝，线圈上的驱动电流由激励控制电路产生。
10.激励控制基本单元10在图2中进行展开说明的基本单元范围框表示。
11.EEPROM11-188片电可擦除可编程只读存储器，可选用型号为AT28C64B的芯片实现，用于存储电磁层析成像传感器所需的多组激励控制信息，每组激励控制信息包含16个磁场激励方向。
12.激励控制电路21-28其作用是根据EEPROM11-18输出的激励控制信号5和激励基准信号7来控制作用在各个激励线圈上的电流幅度和方向，其中每个激励控制电路控制两个激励线圈。
13.第5个激励线圈305激励线圈阵列中的第5个激励线圈。
14.第6个激励线圈306激励线圈阵列中的第6个激励线圈。
图2是图1中激励控制基本单元10范围框中内容的展开图，在图2中，EEPROM13的数据输出端口与激励信号选择器231、232、电流方向控制电路234、235相连接；激励信号选择器231与压控恒流源233、电流方向控制电路234、第五个激励线圈305依次串联；激励信号选择器232与压控恒流源234、电流方向控制电路235、第六个激励线圈306依次串联；激励基准信号发生器6与激励信号选择器231、232分别由导体连接。其中1.激励选通控制信号101包含3位数字信息，用于控制激励信号选择器231，以按照EEPROM13中存储的激励控制信息来选通8路基准激励信号中的1路。
2.激励电压信号102激励信号选择器231选通的激励电压信号。
3.激励电流方向控制信号103包含1位数字信息，用于控制电流方向控制电路234，决定输出到激励线圈305的电流方向。
4.激励信号选择器231、232激励基准信号的8选1模拟多路开关，可由MAX308型号实现。
5.压控恒流源233、234用于将激励电压信号转换为具有驱动能力的电流信号，可应用型号为TPQ6502的晶体管阵列实现。
6.电流方向控制电路234、235用于改变激励电流在激励线圈上的流动方向，可应用型号为ADG201的电流开关芯片实现。
在图3中，电磁层析成像系统的快速并行激励装置的激励方法，其实施流程说明如下1.用通用编程器将电磁层析成像系统的多组激励矩阵信息的二进制编码写入8片EEPROM11-18中。
2.由计算机控制各片EEPROM的地址信号，选择存储在EEPROM11-18中的一种激励模式，即决定采用其中的一种激励矩阵信息。
3.根据所选择的激励模式设置第1个激励方向激励数据在EEPROM11-18中的首地址。
4.将当前激励方向控制信号的存储地址输出到EEPROM11-18。
5.由计算机1控制EEPROM11-18的输出控制信号，使各片EEPROM同步输出对应激励方向的激励控制信号5，输出到激励控制电路21-28。
6.激励控制电路21-28对选通的激励信号进行驱动后输出到激励线圈阵列9。
7.激励线圈阵列9产生出对应激励方向的激励场。
8.激励系统形成激励场后进行边界磁场信号检测及图像重建。
9.激励控制信号的存储地址指向下一个激励方向。
10.重复步骤4到9直到16个方向的激励全部完成。
11.到此，一个周期的旋转激励完成。
权利要求
1.一种电磁层析成像的快速并行激励装置，包括计算机、激励基准信号发生器、激励控制电路、沿传感器圆周等距排列的激励线圈组成的激励线圈阵列，其特征在于，在计算机与激励控制电路之间增加了电可擦写可编程只读存储器EEPROM，8片EEPROM的地址信号线和输出控制信号线分别并联，并且与计算机连接，每片EEPROM的输出信号线分别跟一个激励控制电路连接，每个激励控制电路与激励线圈阵列中的两个激励线圈相连。
2.一种电磁层析成像的快速并行激励装置的激励方法，其特征在于，该激励方法包含如下步骤1)用编程器将电磁层析成像激励矩阵的二进制编码写入8片EEPROM中；2)由计算机控制各片EEPROM的地址信号，使各片EEPROM选中第1个激励方向激励控制信息的存储地址，由计算机控制各片EEPROM的输出允许信号，使各片EEPROM同时输出第1个激励方向的激励控制信号；3)将8片EEPROM输出的64位并行激励控制信号输入激励控制电路，激励控制电路根据64位激励控制信号对激励基准信号发生器输出的激励基准信号进行选通控制；4)激励控制电路对选通的激励信号进行驱动后输出到激励线圈阵列；5)激励线圈阵列产生出第1个激励方向的激励场；6)改变计算机输出的地址信号，重复步骤3到6，依次产生出16个方向的激励场，周而复始形成电磁层析成像所需的旋转激励场。
3.根据权利要求2所述的电磁层析成像的快速并行激励装置的激励方法，其特征在于，电磁层析成像系统的多组激励矩阵信息预先存储在8片位宽为8位的EEPROM中，通过计算机改变存储器地址来区分激励模式，使一个激励方向的64位激励信息同步输出，实现了传感器16个激励线圈的同步电流输出控制。
全文摘要
一种电磁层析成像的快速并行激励装置和方法，在计算机和激励控制电路之间有8片电可擦写可编程只读存储器EEPROM，8片EEPROM的地址信号线和输出控制信号线分别并联，并且与计算机连接，每片EEPROM的输出数据线分别接一个激励控制电路，每个激励控制电路与激励线圈阵列中的两个激励线圈相连。将电磁层析成像系统的多组激励矩阵信息预先存储在8片位宽为8位的EEPROM中，通过计算机控制EEPROM的地址信号和输出控制信号、激励控制电路和激励线圈阵列，实现快速并行激励，比单独依次激励的方法速度提高近8倍，可在4.5微秒内完成一个周期的旋转激励，在不改变硬件结构的前提下实现多种激励模式。
文档编号G01N23/04GK1584565SQ20041004794
公开日2005年2月23日 申请日期2004年6月14日 优先权日2004年6月14日
发明者刘泽 申请人:北京交通大学