[发明专利]电磁层析成像系统的正交信号装置及解调方法

说明书

                          技术领域

本发明属于测量类，尤其涉及电磁物质空间分布的测量装置及控制方法。

                          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，它是采用外加的交流激励磁场从不同的观测角度扫掠具有某种磁导率物质分布或电导率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上的检测线圈中产生不同幅值和相位的感应电势。

对于电磁层析成像系统，物场对激励信号的调制反映在幅度和相位的变化上，这要求信号解调系统要具有鉴幅、鉴相功能。目前，常用信号解调主要方法有：数字解调和模拟解调。

1，数字解调，采用微处理器处理信号离散化后的序列，使用数字信号处理算法解调信号的信息，它对A/D转换器转换速度要求高，而且处理机需要很强的数据处理和传输能力。但EMT系统对实时性的要求高，层析成像技术对数据信息量也要求大，因而激励与检测数据过程中对稳定性要求高。目前纯粹数字信号处理方法中的软、硬件条件还不适用在EMT系统的信号采集与处理单元中使用。

2，模拟解调，使用模拟器件将被测信号中的有用信息直接分解出来，经过模拟平均电路转换为对应的直流分量，通过A/D转换器由微机系统获得。目前使用的模拟解调方法包括开关解调、正弦波解调、自相乘解调等。

模拟解调中的方波解调和正弦波解调是一种相敏乘法解调，它将一个与被检测信号严格同相位的信号与被测信号相乘，从而测得信号的变化。相敏乘法解调要求标准信号与被解调信号相位相同，即过零点完全吻合。若只解调信号的幅度信息，最简单的方法是使用开关解调或自相乘解调。开关解调效果类似于全波整流，区别是开关解调准确，而全波整流受二极管导通电压及二极管压降的影响，不利于测量精密信号。

在EMT系统中，为获得物场足够多的信息，采取旋转激励磁场的方法按一定角度扫掠物场。由于被测物场中导电和导磁物质的调制，以及检测线圈分布的影响，在不同激励方向，甚至在同一激励方向时，各个不同检测线圈输出的信号都存在不同的相位差，这给信号的解调带来困难。例如，在某一固定磁场方向下，检测信号与激励信号相移的大小与检测线圈的位置有关，这样必须使用解调的标准信号与检测线圈的相位同步。而且相位信息本身也携带了物场信息，必须作为图像重建的依据之一。所以对EMT系统检测线圈信号的解调要求，同时要获得其模与相位两种信息，也就是信号的实部与虚部信息。一般的解调方法难以满足这种要求。

                               发明内容

本发明的目的是提供一种电磁层析成像系统的正交信号装置及解调方法，以解决上述难题，满足电磁层析成像时快速、准确检测的需要。

本发明的目的是这样实现的：电磁层析成像系统的正交信号装置，其中的数字正弦波发生器E由导线与传感器、多路开关M和放大器M的一端顺序连接，放大器M的另一端由导线与多路开关A、乘法器A、滤波器A、A/D转换器A和计算机顺序连接，放大器M的另一端并由导线与多路开关B、乘法器B、滤波器B、A/D转换器B和计算机顺序连接；数字正弦波发生器E由导线分别与多路开关A、多路开关B连接；数字正弦波发生器A由导线分别与计算机、乘法器A连接，数字正弦波发生器B由导线分别与计算机、乘法器B连接。

电磁层析成像系统的正交信号装置的解调方法，包括下列步骤：

1，开始，(基于相位反馈搜索的正交解调)；

2，控制数字合成正弦波发生器E，使其产生激励信号E；

3，a.控制数字合成正弦波发生器A，使其产生与激励信号同频率的解调信号，

   a1使多路开关A选通激励信号E，

   a2将解调信号A与选通信号A进行乘法、滤波和AD转换，得到直流信号A，

   a3把计算机采集直流信号A，分析选通信号A与激励信号A的相位相关性，根据直流信号A反馈控制正弦波发生器A，

   a4将解调信号A与选通信号A的相位同步，达到同步后的解调信号A就是正交解调的实部正交基，

   a5由计算机记录实部正交基的控制相位；

   b.控制数字合成正弦波发生器B，使其产生与激励信号同频率的解调信号，

   b.1使多路开关B选通激励信号E，