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詳細討論地下金屬探測器前置放大器的設計與研制(二)

文章來源:北京圣火大地科技www.dhflcsox.cn

續接詳細討論地下金屬探測器前置放大器的設計與研制(一)。

(3)動電容調制變換[14]
該技術利用調制器將待測電流轉換為交流電壓,經過交流放大、解調后進行 測童。由于信號放大是由交流放大器完成的,因而從根本上解決了直流放大器 的漂移問題。因此,采用動電容調制技術的前置放大器具有較高的靈敏度,敁髙可以達到10_ISA〜1(T17A。此技術的基本原理如圖3. 10所示。
(3)放大器性能特點
①放大器的時間響應速度受反饋高阻和反饋電容取值的限制,時間常數一 般為兒毫秒至幾十毫秒,相鄰像素之間具有一定的相關性,不利于提高圖像的清 晰度,在掃描速度低于30cni/S時比較適合。
②由于放大器具有一定的時間常數,它對頻率較髙(幾百赫茲以上)的噪聲 干擾具有很強的抑制作用,這有利于提高放大器的動態范圍。
③這種類型的放大器對因地下金屬探測器振動引起的噪聲不敏感,因此對于地下金屬探測器 支架的抗振性要求不高。
④放大器的輸出為模擬信號,需要對它進行模數轉換后才能被計算機獲取 形成數字圖像。
2)基于DDC112的前置放大器[2。.2|.25]
20世紀90年代,著名模擬集成電路制造商美國Burr-Bmwn公司推出了世 界上第一個對微弱電流直接進行數字化測量的單片集成電路DDC101[2°],然后 在1997年末又推出了 DDC101的改進型芯片DDC112[21]。DDC112是具有兩 個通道,大動態范圍的電荷積分放大器,它在片內實現了基于先進的A2技術的 20bit A/D變換,并將A/D變換的結果以串行方式輸出。該放大器專門用于弱
電流輸出型的地下金屬探測器或傳感器測《,如輻射地下金屬探測器、光電傳感器等。由于其性能 優異、集成度高、使用簡便等優點,DDC112迅速在國內外醫學CT產品中得到 了應用。
(1) DDC112的原理圖
圖3. 15是DDC112的原理圖,其中CAP1A等是積分反饋電容管腳,從圖 中可以看出,DDC112能完成對兩路輸人電流IN1和IN2的同步測進行 20bit A/D變換*并將A/D變換的結果以串行方式輸出。對每路電流,DDC112 均有兩套獨立的積分器,分別稱為SideA、SideB積分器^在sideB積分器進行積 分的時候,DDC112將sideA積分器在上個積分周期內的電壓結果進行A/D變 換,并將A/D變換結果鎖存進寄存器,等待數字電路部分進行數據結果的讀取, 然后將sideA積分器復位;當sideB積分器積分結束時,DDC112將輸入電流切 換到sideA積分器*同時開始對sideB積分器進行A/D變換、復位和數據讀取等 操作。當積分周期大于A/D變換和復位所需的500/is時,DDC112就能以這種 方式實現無死時間的測債,稱為連續模式。當積分周期小于500/is時,DDC112 工作在非連續模式,必須在兩次積分測量之間插人等待時間,以完成A/D變換、 枳分器復位和數據的讀取。
對于一個包含多路地下金屬探測器元的陣列地下金屬探測器單元,可用DDC112為前置放大 器,對地下金屬探測器輸出電流信號進行積分、A/D轉換以及將不同DDC112的測量數 據級聯起來進行輸出。這樣,將多個DDC112放大器組合在一起,做成一個前置 放大器單元,讓其完成一個陣列地下金屬探測器單元信號的測墩轉換。圖3. 17是基于 DDC112的前置放大器單元結構框圖。
(3) DDC112放大器性能特點
①放大器的響應時間由電流積分時間Ts決定,能適應快速度掃描(lOcrn/s〜 400cm/s)的需要。同時,相鄰采樣周期數據之間沒有相關性,有利于提高圖像 的淸晰度。
②由于放大器輸出信號只與電流積分時間乃內電流有關,它對于頻率在 幾十到幾百赫茲的噪聲干擾很敏感,這不利于提高放大器的動態范圍。
③這種放大器對電離室振動敏感,因此要求電離室和電離室支架的抗振 性好。
④放大器直接輸出數字信號,不需再進行模數(A/D)變換即可直接被計算 機獲取與處理。

 
 

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