AD5933在电磁层析成像硬件系统中的应用

基于AD5933在电磁层析成像硬件系统中的设计

　基于电磁感应原理的电磁层析成像(EMT)技术能够以非介入、非接触和无危害的方式 对两相流或多相流断面成像，获取管道截面不同物质的空间分布信息，在石油、化工、冶金等领域中有着广泛的工业应用前景。

　 　如图1所示，EMT系统工作过程如下：在激励线圈中通入交变电流，激励线圈在被测空间产生出交变的激励磁场，被测空间中具有导电性或导磁性物质的存在将 会改变激励磁场的分布，从而得到一个与被测物质空间电导率和磁导率分布相关的物场，分布在被测空间边界的检测线圈以电磁感应的方式获得磁场的分布信息。然 后通过对检测信号的数据采集，模/数变换和信号解调，最后由定性或定量的图像重建算法计算出物质在被测空间中的分布状况，即重建出被测空间中导电和导磁物 质的分布图像。

图1 EMT系统结构图

　　在EMT系统的设计中，激励信号产生模块、数据采集模块和检测信号解调模块是整个EMT硬件系统核心部分，传统的EMT系统采用独立的硬件电路分别实现这三个模块的功能，而采用AD5933改进设计的EMT硬件电路，同时实现了这三个模块的功能。

　　AD5933
　 　AD5933是一款高精度的阻抗数字转换器，它解决了从阻抗到数字直接转换的复杂信号处理难题。它采用直接数字频率合成器(DDS)技术把模/数转换 (ADC)和数字信号处理(DSP)功能结合、提供一种精细频率扫频能力，允许用高达100KHz的已知频率来激励外部复阻抗(100Ω～10MΩ范 围)。被激励阻抗元件的响应信号直接被片内的ADC采样，然后用片内DSP处理器进行离散傅立叶变换(DFT)。在扫频情况下，DSP通过DFT算法返回 每个频点的实部(R)和虚部(I)数据字，从而可以根据初始校准数据很方便地计算出阻抗值。其功能模块如图2所示。

图2 AD5933功能模块

　 　AD5933片上的DDS时钟可以由两种方式提供：一种是使用高精度、较稳定的外部时钟信号;另一种是通过片上振荡器产生一个典型的16.776MHz 的内部时钟信号。两种方式可通过控制寄存器的状态位来决定。AD5933提供了扫频的功能。只要通过编程中指定三个参数：开始频率,频率增益,增长点就可 以得到不同频率下的正弦激励信号,如50KHz，75KHz，100KHz的正弦信号。指定频率的正弦激励信号由具有27位相位累加器的DDS产生。扫频 正弦信号的起始频率计算公式如下：