为什么在超声检测中需要宽动态范围成像技术

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2017-06-08 05:58 标签： 宽动态范围成像技术
　　至今，设计人员都面对adc选择的折衷考虑。流水线转换器提供高分辨率和宽动态范围，但其功耗相当高。另一种方法，分立时间δ∑转换器几乎不需要太大的功率，但严格受速度所限。adc,即移动adc,是application data center的缩写，其实是asp模式与idc业务的结合的演变，是由中国移动推出的一项移动信息化产品业务，主要针对中小企业，属于移动信息化的行业应用，业务主要包括有移动oa、手机邮箱、无线网站以及移动进销存等四款行业应用托管解决方案。
　　1 ctds adc
　　连续时间δ∑（ctds）技术可填补转换器的空白。xignal公司最近推出的产品可工作在40msample/s（相当于流水线转换器的50~60msample/s），具有12位或14位分辨率、高功能集成度（包含精确的片上时钟源），其功耗仅70mw.此产品也具有1个电阻输入级，这很容易驱动，而不用借助缓冲放大器。
　　图1示出ctds adc 与流水线转换器相对性能比较，此图是根据ieee认可的fom（性能因数）测量。fom是每次转换的能量量测。fom也示出工艺结构未来的标度，连续时间δ∑器件将沿给出较高性能水平的路线图发展。
　　图2标出1个完整的模/数转换系统。左手边的图示出1个完整的系统对于流水线转换器需5个外部电路元件。它们是可编程增益放大器（通过分离的dac进行增益控制）提供精确定时基准的高性能时钟和锁相环。与此相反，连续时间δ∑实现方法去除了所需的抗混淆滤波和输入驱动器，而xignal的实现方法把所有其他功能都集成在片上。
　　ctds转换技术的优点是：更快和更简单的系统设计，较低的功耗，对动态范围或速度不需折衷考虑。在多通道应用中，上述ctdc adc的优点能增值，而且能使设计人员采用新的和有益的系统结构，而这在以前是不可能的。此技术的应用范围是广泛的，包括电子业的所有领域，特别是来自各种传感器的模拟信号需要转换为数字信号的领域。
　　2 医疗超声应用
　　超声波是频率高于20000赫兹的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距，测速，清洗，焊接，碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名。
　　医学超声波检查的工作原理与声纳有一定的相似性，即将超声波发射到人体内，当它在体内遇到界面时会发生反射及折射，并且在人体组织中可能被吸收而衰减。因为人体各种组织的形态与结构是不相同的，因此其反射与折射以及吸收超声波的程度也就不同，医生们正是通过仪器所反映出的波型、曲线，或影象的特征来辨别它们。此外再结合解剖学知识、正常与病理的改变，便可诊断所检查的器官是否有病。
　　在医疗超声系统中，超声换能器发射超声波，超声波被目标物反射并重新被换能器接收。为了扫描1个较大的区域并在一定的距离聚集在目标上，需要在目标小，需要在一维或二维阵列中配置多发送/接收元件以便形成波束。波束的聚焦和方向可以电控。
　　换能器通过灵活的缆线连接到处理数据的数据处理单元。每个换能元件通过自己的数据通道或多路转换电路连接到处理单元。高端系统配量高达512个通道，中等性能系统可达256个通道，便携系统可达128个通道。
　　根据目标到传感器头的距离和目标性质，经缆线接收和发送的模拟信号幅度是宽范围的。因此，缆线是由若干低损耗同轴芯组成，这是超声系统是昂贵的元件之一。尽管如此，缆线损耗和换能器接口上的损耗是高性能和相当昂贵接收器的要求。
　　3 信号完整性
　　若adc做得紧靠换能器，则会改善信号完整性。然而，cdts技术开发之前所用的模拟前端，其流水线adc每个通道耗电高达0.5w.这对于1个中等系统（128个通道）其耗电达64w,所产生的热会影响换能器头的性能并对病人和医生造成很大的不适。相反，在同样系统中采用ctds方案耗电只有8.75w,甚至耗电会更小（采用多通道adc器件共享某些资源，
　　便携系统要求缩小超声扫描器的尺寸。在实现小型和低成本系统中，adc功耗是重要的设计参量，这种小型系统转换发生在换能器头或处理单元中，系统要求最少的冷却。新系统也可能是电池供电，所以使功耗最小是更关键的因素。
　　4 继续研究
　　人们研究在连续波多普勒应用中用数字波束形成器替代模拟波束形成器而且经过同样的数字处理通路处理来自几个超声节点的所有数据。用这样的低电压一般的adc技术不可能达到所要求的性能。连续时间δ∑技术用1.2v电源能提供所要求的性能并将随着cmos工艺技术的发展会进一步降低功耗和减小尺寸。
　　在换能器头中采用ctds adc的超声系统简化结构示于图3.除adc外，有源换能器包含低功率可变增益放大器、串行器和数字接口，这能大大地降低用于互连主处理单元的缆线数量。
　　cdts adc 的优点是在最低可能的功耗下提供所需的高速度、高分辨率。在汽车、医疗、工业和测试测量设备的与传感器相关的应用中，此技术可以用于构成新的结构，使模/数转换靠近传感器。&&来源:admin
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联系人陈先生
适用于GIS、变压器、开关柜、电缆等多种设备的局部放电检测、诊断与定位。具备灵敏的特高频/高频传感器、超大规模的专家诊断数据库以及独一无二的GIS局部放电实时定位功能，性能遥遥领先于其他同类产品。
SDMT具有强大的传感器研发团队，制定了严格的企业标准，传感器安全性和灵敏度均达到国际领先水平。
SDMT所有传感器各项指标均通过国内外权威机构检测认证。
超宽动态范围的信号处理单元
PD71信号处理单元具有超宽的动态范围，可以接收和处理-75 ~ -5dBm的信号，动态范围高达70dB，远超其他同类设备，使自身具备以下显著优势：
可检测出微弱的放电信号。与高灵敏度的SDMT特高频传感器配合，PD71能够检测到设备内部极其微弱的放电信号，有效提高检测效率。
可正确量化较强的放电信号。对于较强的局部放电信号，若采集单元动态范围不足，容易造成因信号超量程而无法正确量化，导致PRPD或PRPS图谱中信号满屏，无法判断局部放电缺陷类型。PD71就地采集单元具有70dB超宽动态范围，同时保证监测系统的检测灵敏度和放电缺陷类型判断的准确性，为状态检修工作提供可靠的依据。
无线工频信号同步器
SDMT无线工频信号同步器可提供准确的工频相位同步信号，可连接现场220V电源或PT信号，实现PRPS和PRPD图谱分析功能。
高效率、多功能的后台诊断平台
PD71诊断软件SD42具有超强的分析和定位功能。除了高效的的数据展示与统计分析功能外，SD42还具备准确的局部放电类型识别功能和世界上独一无二的局部放电信号在线实时定位功能，极大地提高了状态检修的效率。
灵活多样的测试模式
单次测试模式：根据设定的采集时间测试一次，对测试数据进行自动分析并保存分析结果。
实时测试：观察信号的实时三维PRPS图谱、三维PRPD图谱等信息，不进行分析和存储，方便检修人员快速判断设备状态。
持续测试模式，根据设定的采集时间自动进行多次采集，并自动对测试数据进行自动分析并保存分析结果。该模式可实现局部放电的短时在线监测功能，适用于捕捉和检测间歇性放电信号。
SD42诊断平台可以具有美观且易用的用户界面，可以对多次测量结果进行分析、统计、叠加、汇总，显示各传感器检测到的局部放电幅度、能量、频次等关键参数，为局部放电的危险度评估提供重要依据。
数据统计与分析
SD42诊断平台可以统计和显示各通道的三维实时PRPS图谱、三维PRPD图谱，实现准确的局部放电类型分析。三维脉冲聚类图谱使得在被监测设备内部存在多个放电源的情况下，系统也能进行正确的区分和判断。
局部放电类型识别
SD42放电类型专家数据库中存储了200多万组数据样本，包括20年来从国内外各厂商品种繁多的GIS设备上所采集的现场真实数据，因此对局部放电类型具有准确的识别能力，对于多局部放电混合信号也能够正确分离并分别识别。
局部放电实时定位
SD42数据库记录了来自每个传感器的每个脉冲的精确时标，能够通过脉冲到达时间比较法精确计算局部放电源的位置。智能统计算法将定位精度提高到25cm，达到或超越现场使用高速示波器人工定位的水平。由于整个定位过程完全自动化，大大减少了检修人员的工作量，提高了工作效率，对于电力企业具有极高的应用价值。
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