一種用于磁感應成像高精度相位測量的信號激勵采集裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電磁傳感器技術領域，具體地說，是一種用于磁感應成像高精度相位 測量的信號激勵采集裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 高精度的磁感應成像依賴于高精度的相位測量。而高精度的相位測量依賴于高精 度、高穩定度的信號激勵和采集方法。
[0003] 傳統的激勵采集系統所有的感應驅動和采集器在激勵和采集以及非激勵、非采集 的任何階段都是加電。中國專利201410260579. 5公開了一種用于電阻抗成像的高精度數 據采集系統，就描述了一個這樣的系統。
[0004] 由于一般磁感應成像測量系統最少16個激勵采集器，因此系統靜態功率消耗很 大。一個簡單的方法就是給激勵和采集按照測量時序要求，激勵的時候和采集的時候才有 電源提供。但是當激勵和采集的時候才接通電源是不行的，因為電路從啟動到正常工作需 要一定的穩定時間。所以一般采用預熱手段，就是當下一個測量時序需要激勵和采集的收 發器，在上一組收發器工作的時候提前接通電源預熱，而加電時間長短同樣會影響高精度 信號采集的精確度。這樣就需要各個收發器需要一個均衡的預熱時間。
【發明內容】
[0005] 為了解決現有技術中混頻導致系統溫漂增大，降低系統功耗及簡化裝置的技術目 的，本發明提出了一種靜態功率消耗低、收發器使用和預熱均勻、加電時間合理，從而獲得 高精度、高穩定度的用于磁感應成像高精度相位測量的信號激勵采集裝置。
[0006] 為了實現本發明的目的，本發明是通過以下技術方案實現的：
[0007] 本發明公開了一種用于磁感應成像高精度相位測量的信號激勵采集裝置，裝置包 括至少16個激勵采集器、激勵采集器分別與采集放大器、激勵放大器，采集放大器連接有 多路開關1，激勵放大器連接有多路開關2,激勵采集器還連接有電源開關時序控制器，電 源開關時序控制器包括電源開關和多路開關3,激勵采集器與電源之間設置有電源開關，所 述的電源開關連接有多路開關3。
[0008] 作為進一步地改進，本發明所述的多路開關1連接控制采集放大器，多路開關2連 接控制激勵放大器，多路開關3連接控制電源開關。
[0009] 本發明還公開了一種用于磁感應成像高精度相位測量的信號激勵采集方法，激勵 采集器呈環形布局，裝置通過控制多路開關1、2、3來控制與每一個激勵采集器連接的激勵 放大器、采集放大器和電源開關，使得激勵采集器呈激勵狀態、采集狀態、預熱狀態或斷電 狀態，激勵狀態、采集狀態、預熱狀態或斷電狀態由空間均衡原則進行順序控制。
[0010] 作為進一步地改進，本發明所述的激勵狀態是多路開關3控制電源開關連通，多 路開關2控制激勵放大器工作；采集狀態是多路開關3控制電源連通，多路開關1控制采集 放大器工作；預熱狀態是多路開關3控制電源連通，激勵放大器與采集放大器不工作；斷電 狀態是電源開關斷開，激勵放大器與采集放大器不工作。
[0011] 作為進一步地改進，本發明所述的激勵采集器是激勵線圈或采集線圈或預熱線圈 或斷電線圈。
[0012] 作為進一步地改進，本發明所述的空間均衡原則進行順序控制是電極激勵和采集 通電順序，包括3線圈通電順序和4線圈通電順序。
[0013] 作為進一步地改進，本發明所述的3線圈通電順序是，激勵采集器號是i從0到 15號，激勵線圈按照3*i(MOD16)順序進行，第一個采集線圈號是i-3,第一個預熱線圈號是 i+3,其余是i作為激勵線圈，i+3n(MOD16)為采集線圈，i+3(n+l) (MOD16)預熱線圈。
[0014] 作為進一步地改進，本發明所述的3線圈通電順序中，每遍歷采集后（如16個） 切換一次激勵電極，每次切換的激勵采集器的間隔是3個電極，由多路開關3同時控制電源 開關連通的數量是3個。
[0015] 作為進一步地改進，本發明所述的4線圈通電順序是，當前采集電極編號與電極0 的間隔為i，j (n)代表當前測量電極號，j (n+1)代表下一次測量電極號：
[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] 每一次采集和激勵切換一次激勵和采集電極，在激勵采集器的線圈中，由多路開 關3同時控制電源開關連通的數量是4個。
[0021] 本發明的有益技術效果如下：
[0022] 本發明公開了一種靜態功率消耗低、收發器使用和預熱均勻、加電時間合理，從而 獲得高精度、高穩定度的用于磁感應成像高精度相位測量的信號激勵采集裝置，為傳統磁 感應相位測量提出了一個收發器預熱、激勵、采集均衡分配的電源開關時序控制器，時序控 制起器控制只有激勵和采集的電極通電，而其他收發器斷電的方式工作，在節省靜態電源 消耗的同時，保持測量精度不受溫度的影響，保持測量精度的一致性，降低功耗，可以減少 近87. 5%的收發器的靜態電流消耗。采取任一次采集都有相同數量的線圈通電預熱的方法 減小溫度對測量的影響，解決了激勵的一致性的問題，保證了所有的線圈無論作為激勵還 是采集，預熱時間是相同的，工作時間也是相同的，當前激勵電極和上一次激勵電極以及下 一次激勵電極的空間間隔也是相同的。更進一步地，采用每一次采集和激勵，當前激勵和采 集電極完成本次采集以后同時切斷電源，而由采集時預熱的另外兩個電極進行下一次采集 的激勵和采集功能，每采集一次同時預熱兩個電極，完成采集以后同時切換（一次）激勵和 采集電極的4線圈通電順序方法，解決了一個激勵線圈連續通電后由激勵轉為接收的溫度 不均勻問題，測量受溫度影響更小；最大限度的均衡了通電熱量，使得相位漂移最小。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發明技術方案的第n個激勵采集器的控制結構示意圖；
[0024] 圖2為本發明技術方案裝置的整體硬件結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 本發明公開了一種用于磁感應成像高精度相位測量的信號激勵采集裝置，圖1為 本發明技術方案的第n個激勵采集器的控制結構示意圖；裝置包括16個激勵采集器、激勵 采集器分別與采集放大器、激勵放大器，采集放大器連接有多路開關1，激勵放大器連接有 多路開關2,激勵采集器還連接有電源開關時序控制器，電源開關時序控制器包括電源開 關和多路開關3,激勵采集器與電源之間設置有電源開關，所述的電源開關連接有多路開關 3。多路開關1連接控制采集放大器，多路開關2連接控制激勵放大器，多路開關3連接控 制電源開關。
[0026] 圖2為本發明技術方案裝置的整體硬件結構示意圖，一種用于磁感應成像高精度 相位測量的信號激勵采集方法，激勵采集器呈環形布局，裝置通過控制多路開關1、2、3來 控制與每一個激勵采集器連接的激勵放大器、采集放大器和電源開關，使得激勵采集器呈 激勵狀態、采集狀態、預熱狀態或斷電狀態，激勵狀態、采集狀態、預熱狀態或斷電狀態由空 間均衡原則進行順序控制，激勵狀態是多路開關3控制電源開關連通，多路開關2控制激勵 放大器工作；采集狀態是多路開關3控制電源連通，多路開關1控制采集放大器工作；預熱 狀態是多路開關3控制電源連通，激勵放大器與采集放大器不工作；斷電狀態是電源開關 斷開，激勵放大器與采集放大器不工作。激勵采集器可以是激勵線圈或采集線圈或預熱線 圈或斷電線圈。
[0027] 空間均衡原則進行順序控制是電極激勵和采集通電順序，包括3線圈通電順序 和4線圈通電順序。3線圈通電順序是，激勵采集器號是i從0到15號，激勵線圈按照 3*i (MOD16)順序進行，第一個采集線圈號是i-3,第一個預熱線圈號是i+3,其余是i作為激 勵線圈，i+3n(MOD16)為采集線圈，i+3(n+l)(MOD16)預熱線圈，每遍歷采集后（如16個） 切換一次激勵電極，每次切換的激勵采集器的間隔是3個電極，由多路開關3同時控制電源 開關連通的數量是3個。
[0028] 4線圈通電順序是，每一次采集和激勵切換一次激勵和采集電極，在激勵采集器的 線圈中，由多路開關3同時控制電源開關連通的數量是4個。
[0029] 現有的磁感應成像方法都沒有提及信號收發器激勵和采集的耗電問題。而且信號 激勵和采集順序都是基于自然順序的，有0-15個激勵線圈，則0號線圈激勵，1_15(F)順序 采集。1號線圈激勵，2-15(F)，0順序采集，依次類推。然而這樣，就需要電極的激勵和采集 電路通電以后有一個溫度穩定過程，否則測量將出現較大誤差。
[0030] 為了平衡降低功耗和預熱兩個問題，采用三個線圈加電的方法，就是當0號線圈 通電激勵，1號線圈通電采集的時候，下一個采集線圈2號線圈開始預熱；而當0號線圈通 電激勵，2號線圈通電采集的時候，下一個采集線圈3號線圈通電預熱。這樣就兼顧了降低 系統功耗和同時保證采集電路熱穩定。這樣每個激勵采集器就有3個控制端，當MUX1 (多 路開關1)有效的時候，該收發器工作在采集狀態；當MUX2 (多路開關2)有效的時候，該收 發器工作在激勵狀態；而激勵采集器是否可以工作，決定于電源開關MUX3(多路開關3)是 否有效。我們假定〇為無效，1為有效，則一個激勵采集器的工作狀態如下：
[0031]
[0032] 這樣每一個激勵采集器就有四個狀態，那就是斷電、預熱、激勵、采集。
[0033] 然而，由于0號線圈激勵的時候，是在其他15個順序采集的時間內一直通電；系統 轉換到1號作為激勵的時候，〇號線圈的溫度就會與其他線圈有溫度不一致的問題。同時， 當0號線圈激勵的最后一個采集線圈完成以后，系統按照順序轉移成為0號通電激勵，15號 通電采集，1號線圈通電作為下一個激勵線圈的預熱，2號線圈通電作為采集線圈預熱。這 樣通常3組線圈通電的一致性被打破，同樣造成系統誤差。