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专业版 电阻抗断层成像实验系统

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简介:基于esp32pico-d4设计的电阻抗断层成像实验系统,用于相关学科研究实验使用。

开源协议: MIT

(未经作者授权,禁止转载)

创建时间: 2022-05-16 19:02:58
更新时间: 2024-03-03 11:09:04
描述

电阻抗断层成像(Electrical Impedance Tomography,EIT)技术是一种功能成像技术,它的原理是在物体表面安置电极,在电极上施加一微弱的电流,并测得其它电极上的电压值,根据电压与电流之间的关系重构出反应物体内部电阻抗值或者电阻抗的变化值的图像。

系统前端测量装置由电极、多路复用器、电压信号采集、激励电流注入、控制处理五大模块组成。

 

设计简介

电极:电极用于布置在待测对象表面,通过导线和多路复用器连接。

多路复用器:本次实验设计16电极系统,多路复用器实现激励电流注入和电压信号采集的分时复用功能。

激励电流注入通道采用ADI公司ADG1206,低电容、16通道多路复用器,特点如下:

  • 电荷注入:小于1 pC(整个信号范围内)
  • 1.5 pF关断电容
  • 电源电压范围:33 V
  • 导通电阻:120 Ω
  • 额定电源电压:±15 V/+12 V
  • 3 V逻辑兼容输入
  • 轨到轨工作
  • 先开后合式开关动作

电压信号采集通道采用ADI公司ADG1606, 低导通电阻、16通道多路复用器,特点如下:

  • 导通电阻:4.5 Ω(典型值)
  • 导通电阻平坦度:1.1 Ω
  • 双电源供电:±3.3 V至±8 V
  • 单电源供电:3.3 V至16 V
  • 3 V逻辑兼容输入
  • 轨到轨工作

电压信号采集:实现放大两端电极上的微弱差分交流信号供后端ADC采样,该信号特点是动态范围大,通常几uV~几百mV之间。ADC前端应设置抗混叠低通滤波器或者带通滤波器。激励信号通常选择频率范围10KHz~500KHz,为了降低FFT计算得到的幅值失真,因而ADC采样频率应不低于20*f即10MHz以上。

激励电流注入:激励电流通常选择峰峰值10uA~1mA,频率10KHz~500KHz的正弦交流信号,且不含直流成分。采用差分信号可有效降低干扰。对电流源的要求是高稳定性、高输出阻抗、高精度,工程上常采用高性能Howland电流源,本设计采用差分电流源。

控制处理:处理器采用无线SoC ESP32,支持蓝牙和WIFI,开发环境采用Arduino,易于使用。

 

对实验模型进行成像:

 

 

有需要请与我联系讨论。

 

2022.10.29进展

优化多路复用器pcb布线,输入输出部分采用等长布线。

 

2022.10.28进展

通过arduino软件编写AD9834的SPI接口驱动程序,实现dds波形输出:

#include "ad9834.h"

#define FSYNC  5
#define CLK    18
#define DATA   23
#define FXTAL  26000000 

#define RESET_AD9834   22

AD9834 ad9834(FSYNC, CLK, DATA);

void setup() 
{

  pinMode(RESET_AD9834, OUTPUT);
  digitalWrite(RESET_AD9834, HIGH);
  digitalWrite(RESET_AD9834, LOW);
  ad9834.init(FXTAL);
  ad9834.set_freq(50000);
  ad9834.set_waveform(SINE);
  ad9834.internal_clock_control(0);
  ad9834.dac_control(0);}

void loop() 
{

}

 

 

波形nice

 

2022.10.20进展

配置esp32 GPIO为输入模式,直接读取ADC芯片AD9240的IO高低电平,计算出ADC电压数据:

由于加了2.5V直流偏置电压,输入为0时输出是2.5V。

ps:设计失误,esp32的管脚不能作为输入使用,正好连接到了bit0,因此ADC芯片位数只能使用13bit而不是14bit。

 

设计图
原理图
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PCB
1 /
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ad9834_test.rar

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