[发明专利]一种用于电阻抗成像的高精度数据采集系统

权利要求书

1.一种用于电阻抗成像的高精度数据采集系统，其特征在于，该系统的主要部件包括：

一系列粘贴于被测目标表面的电极，用于采集目标区域的电阻抗信息；

一个可编程电流源，用以产生所需频率与幅度的激励电流信号；

一个电极接口模块，用于选择激励电极与测量电极；

一个电压测量模块，用于测量选定电极对间的响应电压差信号；

一个电流检测模块，用于检测实际注入目标区域的电流强度；

一个数字解调模块，用于计算被测电阻抗信息；

一个通讯接口模块，用于与上位机进行通讯并上传采集到的电阻抗信息；

一个主控制模块，该主控制模块分别连接可编程电流源、数字解调模块、电极接口模块、通讯接口模块，用于对系统工作状态与采集过程进行控制，该主控制模块依据上位机的指令对依据所建立的数据采集系统工作状态进行配置并对数据采集过程进行管理；在数据采集过程中，主控制模块实时监测激励电流的实际强度，当实际电流强度与预期值偏离达到一定程度时，自动调节可编程电流源的输出幅值，以确保成像目标区域实际注入的电流满足要求；

针对每个所述电极，分别设置1个单独的电流检测器；各所述电流检测器与电极之间通过电极接口模块中的单刀双掷开关控制；所述电流检测器包括相并联的运算放大器和反馈电阻R，应用运算放大器的虚短效应使电流检测输入端达到虚地效果；工作时，所述主控制器将电流返回端电极与相应的电流检测器连通，电流检测器将该电流转换成与之成正比例关系的电压信号，并通过“多选一”电子开关传给所述数字解调模块，进行电流幅度的解调运算。

2.如权利要求1所述的用于电阻抗成像的高精度数据采集系统，其特征在于，所述的可编程电流源由可编程信号发生器和电压电流转换器共同构成，其中：

所述的可编程信号发生器的输出信号幅度可控，幅度调控分辨率不低于12位，且在输出幅度调整过程中，输出信号的相对谐波失真量不发生显著改变；

所述电压电流转换器可将输入电压按特定比例转换成电流信号输出，且输出电流可通过公共的参考地电平返回。

3.如权利要求1所述的用于电阻抗成像的高精度数据采集系统，其特征在于，所述的电极接口模块由电极导线双重屏蔽系统和电极选择开关系统共同组成，其中：

所述的电极导线双重屏蔽系统由电极导线和针对每根电极的屏蔽驱动单元共同构成；

所述的电极导线由多根同轴电缆和包裹于这些同轴电缆外围的总屏蔽层共同构成；各电缆的芯线分别与1个电极相连，屏蔽层与上述的屏蔽驱动单元相连；总屏蔽层与地电平相连；

所述的屏蔽驱动单元由1个具有高输入阻抗特性的电极电压缓冲器级联1个具有高输出负载能力的屏蔽驱动器共同构成。

4.如权利要求3所述的用于电阻抗成像的高精度数据采集系统，其特征在于，所述的屏蔽驱动单元中的电极电压缓冲器的输入端与上述同轴电缆的芯线直接相连用于检测电极电位，其增益为1，其对地等效电容与上述的电极选择开关的分布电容之和应不超过5pF，输入阻抗不小于10MΩ；

所述的屏蔽驱动器的输出端与同轴电缆的屏蔽层相连，其增益为1并具备驱动0.1uF以上的容性负载能力。

5.如权利要求3所述的用于电阻抗成像的高精度数据采集系统，其特征在于，所述的电极选择开关系统为上述的可编程电流源分配1个“一选多”电子开关以选择激励电流注入电极；为各电极分别分配1个单刀双掷电子开关用以确定是将电极连接到电流源选择电子开关还是电流检测模块；其中：

所述的单刀双掷电子开关的分布电容与上述电极电压缓冲器的对地等效电容之和不超过5pF，导通电阻应满足如下公式：