基于ECT的高速数据采集系统探讨

摘 要：ECT成像技术和使用非常灵活，由于它主要使用多相流的参数检测，检测多相流的活动过程，所以使用此技术需要有较高的数据采集和处理速度。但是ECT成像技术相对价格要高些，直接影响了它的更广泛应用。因此，本文主要讨论ECT成像技术的原理，使用和采集系统。以更快优化ECT 的层析成像技术，使此技术更快造福人类。

关键词：ECT 数据采集速度 电容层析成像 多相流测量

中图分类号：TP216 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（c）-0081-01

ECT（Emission Computed Tomography）是指电容层析成像技术，在医学上它是一种利用放射性核素的检查方法，它在当前的主要用途是用于多相流测量的层析成像。从20世纪80年代中期发展起来，具有良好的工业用途前景，目前在医学，高速通道上应用较多。从当前实验测试来看，数据采集的速度可达到每秒2260幅以上，浙江大学控制工程学为此技术添加了DSP处理器和基于USB2.0传输设备，实现了ECT数据的高速采集和传输。ECT成像技术具有非侵入性、可视性和相对稳定性的特点。虽然浙江大学的技术提高了ECT成像技术的数据传输速度，但其只能基本满足在工业上的应用要求，还不足以在更高层次的航空发动机的气路检测系统上应用。

因此，优化ECT电容层成像技术的数据采集和传输速度是当下ECT技术发展的首要目标。而要突破这种瓶颈首先了解制约数据传输的速度和采集。ECT技术主要是由电极敏感单元、图像重建与分析单元以及主要的数据采集和信号处理单元组成。由此可以看出制约数据采集速度的单元就是数据采集和信号处理单元。研制新的数据采集技术就是优化数据采集速度的关键。

1 资料与方法

本文在研读天津学院自动化学院的《基于DSP的ECT高速数据采集系统》和浙江大学的《高速ECT数据采集系统》之后，分析和研究了一种更快传输ECT成像数据的理论方法。传统的ECT数据采集传输系统利用多相流的数据监测采用正弦电压激励，产生信号，经过c/v转换电路使其稳定后，在经信号放大器输出，传给计算机产生信号图像。这是传统的ECT数据采集，采集速度只能达到110帧/秒，而且稳定性不高，难以保证数据实时传输，图像准确性也难以保证。因此笔者经过重新设计，组装采用一中高速数字数据采集处理器（TMS320SP622）。重新测试ECT电容层成像技术的数据采集和传输速度。

在硬件方面采用DSP高速处理器和USB2.0传输设备，由于传统ECT数据采集的信号微弱，a/d转换电路信号的稳定将决定屏幕成像的效果，因此本系统采用美国ADI公司高速传感器，并且采用串并链接的方式采集数据。在另外的软件方面使用卡尔曼滤波器，而不再使用传统的FIR滤波器，由此保证高滤波率以及信噪比。

首先笔者先将电极1作为激励电极，给激励电压后对C1＼2.C1＼3.........C1＼12进行c/v电路转换，采集电路数据够，再以同样的方法进行电极2测试，知道最后电极11测试完毕，记录数据。

ECT数据采集后传输的通信接口单元模块是硬件设备中的关键技术，现在电脑的传输技术还远远满足不了信号实时传输的要求，本系统采用现阶段还算稳定的USB2.0传输技术，使用美国Cypress公司的CT7600芯片技术最为主要传输模块的芯片组，采用FIFO模式，使DSP和USB接口都能同时接受共享FIFO。

2 结果分析

设计基于DSP技术和使用高速USB技术的ECT成像数据采集系统，突破了当前ECT电容成像技术的瓶颈，通过测试发现当正弦电压发出激励信号为600 kHz时，平均每周期采取9个点，系统可分辨出的的最小电容为0.5 Ff。由于将A/D采集芯片和V/C转换电路都安装在信号屏蔽环境下，保证了信号稳定性，减小了杂乱电容，系统对于杂乱电容的的变化也不是特别敏感，因此节省了数据传输速度的时间，本系统最后测试时数据采集速度可达2260幅/秒。但是对于本系统笔者认为还可以进一步优化，保证其稳定性，本系统还有可提速性。由于当前ECT技术在医学上的广泛应用，笔者测试了医学ECT成像技术。医学ECT成像主要有静态与动态显像；平面与断层显像；局部与全身显像；运动与静息显像等，其传输速度已经超过了传统的ECT成像技术，但是其稳定性还有待提高。

3 结语

本系统通过放大电荷原理，设计成一种新的电容测量技术，去除了传统测量中的干扰电路带来的脉冲波影响。又通过采用DSP高速数据采集和USB2.0高速数据传输设备，使用高速数据采集处理器，在更换传统硬件设备的情况下，把A/D采集芯片和V/C转换电路都安置在信号屏蔽环境下，使连接引线缩短到只有几厘米短。在传输通道采用自动重新加载，分裂模式以及同步模式，实现DMA的高速传输。再通过无线通信设备对电能表电能数据的接受，保证了用电采集数据的可靠性。在本系统超越传统ECT成像技术的速度同时，如何进一步提高数据采集和数据传输速度，如何提高本系统的稳定性，尤其是在医学上的应用稳定性，如何减少使用成本是提高电容层析成像技术实用性的重要意义。

参考文献

[1] 李海清，黄志尧.特种检测技术及成像[M].杭州：浙江大学出版社，2000.

[2] 徐金亮，程必宏.用电信息采集系统技术与应用[M].北京：中国电力出版社，2012.

[3] 王雷，王保良，李海清，等.两相流检测ECT高速数据采集系统的研制[J].浙江大学学报：工学版，2002（5）.