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详细讨论地下金属探测器前置放大器的设计与研制(二)

文章来源:北京圣火大地科技www.bjshdd.com

续接详细讨论地下金属探测器前置放大器的设计与研制(一)。

(3)动电容调制变换[14]
该技术利用调制器将待测电流转换为交流电压,经过交流放大、解调后进行 测童。由于信号放大是由交流放大器完成的,因而从根本上解决了直流放大器 的漂移问题。因此,采用动电容调制技术的前置放大器具有较高的灵敏度,敁髙可以达到10_ISA〜1(T17A。此技术的基本原理如图3. 10所示。
(3)放大器性能特点
①放大器的时间响应速度受反馈高阻和反馈电容取值的限制,时间常数一 般为儿毫秒至几十毫秒,相邻像素之间具有一定的相关性,不利于提高图像的清 晰度,在扫描速度低于30cni/S时比较适合。
②由于放大器具有一定的时间常数,它对频率较髙(几百赫兹以上)的噪声 干扰具有很强的抑制作用,这有利于提高放大器的动态范围。
③这种类型的放大器对因地下金属探测器振动引起的噪声不敏感,因此对于地下金属探测器 支架的抗振性要求不高。
④放大器的输出为模拟信号,需要对它进行模数转换后才能被计算机获取 形成数字图像。
2)基于DDC112的前置放大器[2。.2|.25]
20世纪90年代,著名模拟集成电路制造商美国Burr-Bmwn公司推出了世 界上第一个对微弱电流直接进行数字化测量的单片集成电路DDC101[2°],然后 在1997年末又推出了 DDC101的改进型芯片DDC112[21]。DDC112是具有两 个通道,大动态范围的电荷积分放大器,它在片内实现了基于先进的A2技术的 20bit A/D变换,并将A/D变换的结果以串行方式输出。该放大器专门用于弱
电流输出型的地下金属探测器或传感器测《,如辐射地下金属探测器、光电传感器等。由于其性能 优异、集成度高、使用简便等优点,DDC112迅速在国内外医学CT产品中得到 了应用。
(1) DDC112的原理图
图3. 15是DDC112的原理图,其中CAP1A等是积分反馈电容管脚,从图 中可以看出,DDC112能完成对两路输人电流IN1和IN2的同步测进行 20bit A/D变换*并将A/D变换的结果以串行方式输出。对每路电流,DDC112 均有两套独立的积分器,分别称为SideA、SideB积分器^在sideB积分器进行积 分的时候,DDC112将sideA积分器在上个积分周期内的电压结果进行A/D变 换,并将A/D变换结果锁存进寄存器,等待数字电路部分进行数据结果的读取, 然后将sideA积分器复位;当sideB积分器积分结束时,DDC112将输入电流切 换到sideA积分器*同时开始对sideB积分器进行A/D变换、复位和数据读取等 操作。当积分周期大于A/D变换和复位所需的500/is时,DDC112就能以这种 方式实现无死时间的测債,称为连续模式。当积分周期小于500/is时,DDC112 工作在非连续模式,必须在两次积分测量之间插人等待时间,以完成A/D变换、 枳分器复位和数据的读取。
对于一个包含多路地下金属探测器元的阵列地下金属探测器单元,可用DDC112为前置放大 器,对地下金属探测器输出电流信号进行积分、A/D转换以及将不同DDC112的测量数 据级联起来进行输出。这样,将多个DDC112放大器组合在一起,做成一个前置 放大器单元,让其完成一个阵列地下金属探测器单元信号的测墩转换。图3. 17是基于 DDC112的前置放大器单元结构框图。
(3) DDC112放大器性能特点
①放大器的响应时间由电流积分时间Ts决定,能适应快速度扫描(lOcrn/s〜 400cm/s)的需要。同时,相邻采样周期数据之间没有相关性,有利于提高图像 的淸晰度。
②由于放大器输出信号只与电流积分时间乃内电流有关,它对于频率在 几十到几百赫兹的噪声干扰很敏感,这不利于提高放大器的动态范围。
③这种放大器对电离室振动敏感,因此要求电离室和电离室支架的抗振 性好。
④放大器直接输出数字信号,不需再进行模数(A/D)变换即可直接被计算 机获取与处理。

 
 

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