数字探测仪范文

数字探测仪范文（精选9篇）

数字探测仪 第1篇

关键词：心率检测仪,单片机,光电传感器,数据采集

本系统的设计基于红外传感器TCRT5000对心率的采集，再将采集到的信号进行放大整形，再通过单片机进行数据的处理及储存，最终进行动态显示。由信号采集模块、信号放大模块、信号测量显示电路、声光报警和开关控制电路组成。该系统的特点是信号采集部分使用的传感器为光电耦和器，由两个靠在一起的光源和光电接收器组成，经低通滤波通过两级放大和反相器反相，由测量显示电路显示心率次数，显示采用的是LED数码管显示器。

1 系统方案设计

本系统以STC89C51单片机为主控制器，外辅少量硬件电路，完成数据处理、记忆、显示等功能。该系统包括了传感器及信号处理电路、记忆电路、单片机、显示电路、声光报警电路和键盘电路。心率信号采集端包括红外传感器TCRT5000和放大电路。当心率信号采集端收到数据接收端发来的采集命令时，就将红外传感器TCRT5000采集到的心率数据经放大电路放大传输给单片机，然后单片机再将数据经过处理后传输给显示电路，从而显示出心率次数。该系统总体设计如图1所示。

1.1 传感器及信号处理电路

信号采集电路的采集原理是随着心脏的搏动，人体组织半透明度随之改变。当血液送到人体组织时，组织的半透明度减小;当血液流回心脏，组织的半透明度增大。

这种现象在人体组织较薄的手指尖、耳垂等部位最为明显。因此，本心率计将红外发光二极管产生的红外线照射到人体的上述部位，并用装在该部位另一侧或旁边的红外光电管来检测机体组织的透明程度并把它转换成电信号。

信号放大电路如图2所示，该模块是该系统的信号放大电路部分，该电路集成了运算放大器OP07，并且采用了二级放大，对脉冲信号进行1000倍的放大，然后由Vout端输出。由传感器采集到的微弱心率信号经过该电路的放大得到了可以被单片机检测到的电信号。该模块中使用了高精度运算放大器OP07，运放具有极低的输入失调电压，极低的失调电压温漂，非常低的输入噪声电压幅度及长期稳定等特点。

信号整形电路如图3所示，从Vin端输入的信号先由左边的电容和电阻进行滤波，然后通过LM358组成的比较器进行整形，再从OUTA端输出。LM358是内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。该比较器的基准电压可以由R30调节，因此可以通过调节R30的阻值来改变比较电压，从而得到稳定、规则的方波信号。在系统中使用的LM358放大器的封装形式是塑封8引线双列直插式。

1.2 单片机控制模块

该控制模块主要应用了单片机的定时/计数器的定时功能和计数功能。计数器T0进行计数，定时器T1进行定时。当脉搏信号经过采集、放大、整形处理后由P3.4 (T0) 口进入单片机，P3.4运用其特殊功能作为计数器开始计数;同时，定时器T1开始定时60ms，当定时器溢出时产生中断，执行中断程序对计数器的结果进行累加。一共采样500次，即产生500次中断，将500次的计数结果累加得到的结果是30s时间内的脉冲次数，这恰好为心率的0.5倍，将运算的结果作二进制到十进制转换后，将结果转换为LED数码显示的段码进行数码管动态显示，显示的结果即为心率，同时后四位数码管显示采集的人数。该模块还包括了基本的时钟电路和复位电路，来配合单片机的运行。

2 系统软件设计

本系统主要采用C51进行编写，软件流程图如图4所示。主要有显示驱动子程序、按键处理子程序、定时器中断服务子程序、AT24C02驱动存储程序等。程序初始化是每个单片机程序所必备的，它的主要任务是确定程序人口和中断入口地址。接下来是显示为全零，主要目的是为了区分是否有信号送入，当没有信号送人时，显示为全零，则说明心率计没有工作，反之，则正常工作。定时60ms是设计中比较重要的一部分，它主要是为了采样30S打下基础。设计中运用定时器的定时功能来实现30S的定时，等待中断占用了程序执行的大部分时间，它主要是一个死循环语句，只有当中断条件满足时，才执行中断服务子程序，对计数的结果进行累加，累加之后，判断采样的次数，如果采样未满500次，说明不到30S，返回继续采样、等待中断，直到采样500次为止，之后把30S内采样得到的次数乘以2，再由二进制数转化为十进制数，送到数码管进行动态显示。

3 结语

本系统以STC89C51单片机为主控制器，外辅少量硬件电路，完成数据处理、记忆、显示等功能。优点是使用方便，测量准确，仪器小巧，便于携带，不会给被测者带来不舒适感，特别适合儿童和老年人心率的测定。如果心率值超出了正常范围，就会有声光报警。该检测仪具有数字化，体积小，成本低、携带方便、重量轻，操作简单等特点，具有广阔的应用前景。

致谢：本文得到了李祖欣博士的细心指导，在此表示感谢。

参考文献

[1]黄红霞, 严伟.便携多功能心率计的设计[J].黄石理工学院学报, 2006.

数字探测仪 第2篇

郴州地震台数字观测仪改造及信息节点建设

首先叙述了郴州台台址环境条件,接着介绍了该台进行了数字观测仪改造及信息节点建设后的.技术系统构成与主要技术指标、关键技术和创新点、系统集成与联调、技术成果与效益,最后指出了该项目实施后的作用和意义.

作 者：杨国周 YANG Guo-zhou 作者单位：郴州市地震台,湖南,郴州,423000刊 名：湘南学院学报英文刊名：JOURNAL OF XIANGNAN UNIVERSITY年，卷(期)：30(2)分类号：P315.78关键词：数字观测仪 改造 信息节点 建设

数字激光告警系统探测接收前端设计 第3篇

激光技术经过几十年的发展,激光武器已从理论走向实践。激光武器的大量出现带来了日益严峻的威胁,激光告警设备对激光来袭的探测与预报是激光对抗的基本手段。如何从复杂的环境下探测判断激光来袭信号是告警系统面临的首要任务。随着数字技术的发展,处理速度的不断提高,采用数字技术如FPGA等来处理告警信号成为可能。

文章针对数字激光告警系统而设计的探测接收前端,主要目的是探测一定波段的来袭激光信号,具有高的灵敏度,可探测的最小激光能量达到1μW,动态范围达到100 dB。设计中采用高灵敏度的激光探测二极管,得到激光来袭信号的脉冲电流,在最小脉冲作用下系统等效带宽以上通过大带宽低噪运算放大器工作在跨导放大模式下进行放大和电流电压变换,再通过放大整形后得到数字电路能识别的脉冲信号,从而根据脉冲宽度判断来袭激光信号的强度等信息。由于窄脉冲对系统中的电容敏感,采用ADS仿真方式确定了各级电容的大小,仿真与测试结果显示接收前端具有高的探测灵敏度、大的动态范围、能为后处理的数字系统提供准确的来袭信号特性。系统提出的用宽带跨导运算放大电路代替传统的专用三极管来放大微弱窄脉冲的方式,具有带宽宽(500 MHz),成本低的特点,为放大微弱的ns级及以下的窄脉冲电流信号提供一个很好的宽带方案,同时系统结构简单,适应环境能力强,易于维护。

1 探测接收前端方案设计与仿真

根据后端数字系统要求,需要把来袭的激光信号通过光电探测二极管变换成数字系统能处理的数字脉冲。由于光电二极管在激光信号的作用下产生的是一个窄脉冲电流,选用的光敏二极管最小输出电流为10 nA的脉冲电流,脉冲宽度为10 ns,按照有效频率计算放大电路的频带需大于400 MHz,为满足这一要求采用500 MHz的大带宽的运算放大器担任放大作用,并完成电流与电压的转换,得到脉冲电压。由于在来袭信号较低时或过大时,脉冲信号都达不到数字信号需要的电压,需要进行的整形与放大,以期达到数字系统常规电压的标准(高电压5～3.3 V,低电压为2.1～0 V),系统中采用把接收信号一直放大到使其后级放大电路饱和的方法来实现数字电压整形。总体方案如图1所示,放大器后波形要求如图中每级后的图示;最后把光电管探测电流变成脉冲电压形式,脉冲宽度代表作用激光能量的大小。

由于系统最小信号带宽很宽、脉冲电流微弱,对电路中电容元件敏感,为了得到具体的参数值,在ADS(Advanced Design System)软件中采用瞬态仿真方法进行系统仿真,图2为仿真电路拓扑图。根据系统最小检测要求以及光电管原理特征,在ADS软件中用脉冲电流源、电阻与电容并联模型代替实际的光电管在激光作用下产生脉冲电流的模型,如图3中所示的电路参数设置是采用最小的来袭激光能量1μW下光电管输出的电流为10nA,宽度为10 ns的电流脉冲,对应的端口电流仿真波形如图4所示。系统中放大器采用低噪声高增益带宽积(500 MHz)的运放实现放大,仿真了在来袭激光不同光能量作用下的系统输出波形,不同来袭激光的作用在仿真中采用激光探头光电管的模型中电流脉冲大小,电流脉冲宽度的变化来表示。结果如图5～图7所示。从结果可以看出该放大方式能得到数字脉冲,输出的脉冲宽度与来袭激光的功率成正比。系统不仅能判断出有无来袭激光,还可以计算出来袭激光能量大小。

2 接收前端电路实现

根据上述仿真结果,选用中电集团第44所生产的GD3561光电探测器为激光探测二极管,最小可检测能量1μW,最小响应时间2.5 ns。第一级采用形式跨导放大方式器件与放大中间级均使用司的宽带低噪声运放芯片OPA656,增益带宽积达到500 MHz,8 ns的电压建立时间,输入噪声18 nV/Hz;整形电路采用AD8611,具有4 ns极短的延迟时间,系统具体电路见图8。

测试采用10 000 W的激光光源,波长为1.3μm,通过光学衰减器,衰减100 dB可以达到系统需要的最小功率1μW,输出端用高速示波器TDS460来捕捉输出的脉冲信号,结果见图9～图12。

图9表示在1μW的激光能量作用下,光电管两端的瞬时电压脉冲,可以看出,在最小功率作用下,产生的电压、电流脉冲时间短,峰值小;图10表示脉冲经过系统放大后的具有数字脉冲波形,满足数字电路来处理要求。图11为1 mW的作用结果,图12为1 W的能量作用结果。可见通过系统的放大后得到数字电路能辨识的矩形脉冲信号,信号到来的强弱与输出脉冲成正比。系统的动态范围达到100 dB。

3 结语

测试结果表明,该探测接收前端具有最低可探测1μW的来袭激光信号,动态范围达到100 dB,产生的脉冲波形满足数字电路处理水平。能为后续的数字电路如FPGA电路提供准确的探测信号。系统采用宽带跨导运算放大电路方式放大微弱的窄脉冲信号,采用在ADS软件中仿真方式处理了窄脉冲对电容敏感的关键问题,为提供微弱窄脉冲电流信号放大提供很好的方案。放大系统具有500 MHz的带宽,可以放大的窄脉冲宽度可窄于ns级以下,同时价格低廉,性价比高。实际测试中,误报率低,探测速度快,探测接收前端产生的噪声低。系统设计结构简单,易于维护,不仅可用于激光来袭探测,也可用于激光安防系统等。

摘要：探测接收前端是激光告警系统的关键部件,针对数字激光告警系统设计激光脉冲探测接收前端。采用宽带、高增益、低噪声的跨导放大方式实现了对最小来袭激光脉冲产生的10 nA,10 ns的微弱窄脉冲电流的放大,采用放大器饱和方式实现信号的整形,把来袭激光脉冲转换、放大成数字系统能处理的数字脉冲,脉冲宽度代表作用能量大小。前端最小可检测来袭激光信号能量达1μW,动态范围达100 dB。该宽带低噪声跨导放大电路很好地处理了电容对窄脉冲的影响,具有带宽宽(500 MHz),成本低的特点,为放大微弱的ns级及以下的窄脉冲电流信号提供一个很好的宽带方案。该设计结构简单、成本低廉、易于维护,不仅可用于激光来袭探测,还可用于激光安防系统等。

关键词：探测接收前端,告警系统,脉冲放大,跨导,放大电路

参考文献

[1]程明阳,路学荣.机载导弹逼近告警系统分析[J].航空兵器,2007(4):49-53.

[2]斐华伟.激光探测高速实时信号检测处理系统的设计[J].电光系统,2008(1):12-15.

[3]张玉兴.射频模拟电路[M].北京:电子工业出版社,2002.

[4]杨在富,钱焕文,高光煌.激光告警技术发展现状[J].激光技术,2004,28(1):98-102.

[5]佚名.大面积光电探测器GD3561T[EB/OL].http://www.coeri.com/prg6v/product/prodouct/(2)半导体光探测器件及组件/(2)InGaAs探测器及组件/07.大面积光电探测器GD3561T.HTM.

[6]李晓林,孙建国.星载激光告警技术探讨,电光系统[J].2007(2):4-6,9.

[7]任柯昱,唐丹.高压宽频带脉冲放大器的设计[J].工程物理研究院科技年报,2006(1):262-263.

[8]杨晓伟,陈福朝,李晓华.悬浮型高压窄脉冲放大器的研究[J].电路与系统学报,2006(3):129-131.

[9]关雪梅,乔双.程控增益线性脉冲放大器的设计[J].核电子学与探测技术,2006,26(3):361-363.

DKL生命探测仪 第4篇

（一）特点

DKL生命探测器为目前世界上最先进的搜救仪器，体积轻巧仅约1公斤，手持式设计，携带方便，操作简单，性能优越于其他任何高科枝的搜救产品，并已广泛为世界上先进国家的军事、海关、海巡、消防、安全、救援、航天等政府部门使用。此产品是由美国高科技公司结合世界上最尖端的生化、介电质、超低频传导及DNA技术研发而成，已申请多项技术专利，此型号为DKL公司目前设计最成熟的产品。

（二）技术参数；

一、感应方式：侦测人体心脏所发射之超低频电波产生之电场，此极低频电波为30HZ或以下，其可穿透建筑物钢筋混凝土墙、钢门、树木等，开放空间侦测距离可达500公尺。

二、非感应目标：除人体以外之任何动物皆不被侦测。

三、侦测频率：超低频30HZ或以下。

四、垂直侦测角度：开放空间120度(上下各60度)，建筑物内80度(上下各40度)。

五、水平侦测角度：+/-2度(左右各2度)。

六、手握式操作，重量1公斤或以下。

七、侦测距离：不须使用任何工具即可更换下列二型侦测杆。1.伸缩式短距离型：0-20公尺； 2.伸缩式长距离型：0-500公尺。

八、目标锁定功能：当侦测到人体心脏所发出超低频电波产生之电场后侦测杆会自动锁定此电场，人体移动时，侦杆也会跟着移动。

九、电源：9伏特可充电式电瓶，充电时间14至16小时；操作时间：正常情况下12小时，若连续使用雷射光点辅助操作为2小时。

十、配备美国标准三A级雷射光点提供操作者寻找侦测杆方向。

（三）功能

提供抢救人员在进入搜救现场时先行确认其内部是否有人存活减低抢救人员搜救时的危险程度并在第一时间侦测出任何遮挡物背后的生存者。以被动接收方式侦测远端微弱心跳介电场的方向，并只侦测存活的人类而不受其它动物的干扰。能穿越钢板、水泥、复合材料、树丛等各种障碍物，使侦测距离在开放空间可达500米，水面上达1公里以上。经特殊处理，适用于各种恶劣的天气条件，维护简单而且故障率极低，如配合便携式电脑及专用的人工智能软件，即可产生侦测的图像和声音信息，进一步提高操作人员的判别能力，同时也可减少新手训练的时间。

（四）工作原理

DKL专利技术是集合人体心脏的生理学研究和物理学的一个叫做介电泳的分支的研究而成，该分支处理非均匀电场中的电介质材料特性。心脏的每次跳动产生一个微弱的电场信号。这些信号构成了在人体周围360度扩展的超低频非均匀电场。人体的每一个部分都对该电场产生影响，但心脏周围的电场行为是主要的电场产生地。

心生命探测器的专利滤波电路允许只有人体非均匀电场才能对生命探测器中的特殊电介质材料进行极化。当生命探测器穿过人体电场时，电介质材料被极化。正电荷和负电荷分离，并且分别被收集到设备的两端。生命探测器就指向非均匀电场的最强部分。

DKL配备特殊电波过滤器，可将其他异于人类的动物，诸如狗、猫、牛、马、猪等不同于人类的频率加以过滤去除，使DKL生命探测器只会感应到人类所发出的频率产生之电场。

（五）工作范围

有效距离: DKL配备两种不同侦测杆，长距离侦测杆侦测距离可达500公尺，短距离为20公尺。DKL在碰到障碍物诸如钢筋混凝墙，钢板等时，侦测距离会减少，雷射光可增加10%侦测距离。垂直角度

没有障碍物时：上下各60度，总计120度。有障碍物时：上下各40-50度，总计80-100度。水平侦测角度:左右各2度，总计4度。

2012年3月19日

一种数字化周界入侵探测系统 第5篇

户外周界入侵探测技术是安防领域一项重要的入侵探测手段, 其应用已经有几十年的历史[1], 随着社会的发展和科技的进步, 户外探测技术及系统已经得到广泛的应用。入侵探测器是户外周界入侵探测系统的重要组成部件之一, 一般由传感器和信号处理器组成, 本文介绍的单主机周界入侵探测系统以泄漏电缆为传感器, 采用ARM为处理器核心, 应用了FFT等数字信号处理算法处理空间电磁场信号来辨别入侵行为。

泄漏电缆主要有耦合型和辐射型两种, 适用于户外、野外高保安, 长周界的安全防范场所。泄漏电缆周界入侵探测技术的基本原理是将泄漏电缆埋入地下, 如果泄漏电缆空间电磁场的分布状态发生变化, 接收电缆收到的电磁能量就会因此发生变化, 这样就可以对该入侵信号进行探测[2,3]。泄漏电缆周界入侵探测技术在现有的探测技术中, 具有漏报率最低、隐蔽性高、受环境影响小、适应各种地理条件等特点。

以往的泄漏电缆周界入侵探测系统在较大的警戒范围内要想准确地确定入侵点, 就必须增加监测单元及相应的检测主机的数量, 这将使得整个系统更加庞大和复杂, 而单主机周界入侵探测系统则能较好地解决这一问题。该系统主要由“多段多频率电磁辐射单元”、“电磁能量接收单元”和“中心处理主机”等三部分组成, 系统框图如图1所示。

该系统的基本工作原理是[4]:“多段多频率电磁辐射单元”在各自警戒范围内的空间建立不同频率的稳定电磁场, 当有入侵者侵入时, 相应频率的电磁场将发生扰动, 该扰动信息被“电磁能量接收单元”接收后传至中心处理主机进行处理, 从而确定具体的入侵地域。

此类系统的信号处理部分一般采用硬件处理, 系统性能参数由硬件部分决定, 无法进行相应的设置或改动。该系统采用了灵活的软件设置办法, 各部分电路参数可以由软件进行设置, 大大提高了系统的环境适应性。

该系统的核心, 入侵特征辨识部分采用了快速傅立叶变换等数字信号处理方法, 可以精确地判断出是否有入侵以及入侵强度, 并且可以排除绝大多数干扰。相对于传统采用硬件对干扰幅度进行辨别的方法, 本文提出的方法可以极大地提高辨别入侵的准确率, 并且具有优良的抗干扰性。

1信号处理部分

该系统采用VHF波段的电磁场作为检测介质, 当入侵者进入电磁场覆盖区域则会引起电磁场的波动, 接收单元将接收到的高频信号送到信号处理电路进行处理。

高频信号首先经过预处理电路程控放大以适应环境变化, 放大后的信号送入二次变频器, 对接收到的微弱信号进行高增益窄带放大, 滤除干扰信号, 并将原高频信号降频到ARM能处理的频率范围内。变频器的基准频率由ARM控制的锁相环产生, 以准确锁定发射机发射的窄带信号。经过处理的信号保留了原信号的波动特征, 通过AD转换变成离散数字信号送到ARM进行数字信号处理。信号处理电路结构如图2所示。

2接收机软件处理

以往泄漏电缆周界入侵探测系统的信号处理部分一般采用硬件处理, 而采用软件编程, 则可对参数随时进行必要的设置或改动, 也可按需要添加其他功能, 从而克服传统方法的诸多缺点。

本设计的系统软件采用了μC/OS-Ⅱ嵌入式多任务实时操作系统, 保证了系统检测的实时性和稳定性。本设计的软件部分, 在对操作系统进行初始化设置之后, 建立了四个任务:一个A/D采集任务和三个CAT5113控制任务。其中的A/D采集任务, 采用LPC2200的2路10位A/D采集信号, 采样频率设为100 Hz, 由定时器1定时设置, 采样分辨率为0.1 Hz。然后对采集到的数据进行快速傅立叶变换, 根据采样频率和采样分辨率可以知道:采样点数=采样频率/采样分辨率, 再将经过快速傅立叶变换的数据进行处理, 处理后可以对特定频率进行阈值判断, 并且该阈值也可根据要求进行设定。这样就可以把入侵信号精确化, 使入侵报警更加准确。其它几个任务是对100抽头可编程数字电位器CAT5113进行控制, 根据需要通过软件调整, 用来实时调整系统的工作状态。其主程序框图如图3所示[5]。

在与快速傅立叶变换进行数据处理关系最密切的A/D采集任务中, 任务开始时设置定时器、A/D端口, 对A/D进行定时数据采集, 采样频率设置为100 Hz, 采样点数为1 024点, 对ADC模块进行初始化, 设置ADCR, 包括对通道的选择、转换时钟的设置、工作模式的选择等。在采集到1 024个数据之后送入快速傅立叶变换算法FFT进行计算, 得到入侵信号的频谱分布, 而后根据已知的入侵特征频谱来判断是否有入侵现象发生及发生的概率。A/D采集任务程序流程图如图4所示[6]。

其中利用快速傅立叶变换算法对采集到的数据进行计算, 通过把时域变换到频域处理, 取模值, 得到信号频谱。本设计采用FFT基二算法来实现各项要求, 具体如下[7]:

(1) 经FFT后, 幅度谱

$X(k)={\displaystyle \sum _{n=0}^{{\rm N}-1}x}(n)\text{e}{}^{-j\frac{2\pi }{{\rm N}}nk}‚{\rm N}$为采集点数。

(2) 幅度谱对应频率计算为

$f(k)=\frac{Fs}{{\rm N}}k$。

3结论

本设计硬件部分摒弃了传统入侵检测接收机的方案, 采用了数字集成器件;软件部分在数据处理方面采用了快速傅立叶变换FFT算法对采集到的信号进行计算分析, 较传统入侵检测系统有较大的改进, 处理后可以对所需频率范围内的特定频率进行阈值设定, 能够有效降低误报率, 排除由于天气、环境、动物等干扰因素造成的误报, 从而实现了检测精度高、误报漏报率低的入侵检测系统。

摘要：介绍在一种单主机周界入侵探测报警系统中数字化硬件控制方法的应用, 应用克服了以往周界入侵探测系统所存在的系统参数在硬件部分已基本固定和调试处理局限化等缺点, 使整个系统更加集成化、智能化, 信号处理采用了数字信号处理方法, 克服了以往预警模型单一、不能根据现场情况灵活设置的缺点。

关键词：周界入侵探测,泄漏电缆,软件编程,快速傅立叶变换 (FFT)

参考文献

[1]葛妍.户外周界防护系统综述.中国安防产品信息, 2004; (5) :49—54

[2]Cheal J, O’brien S, Tutor M.Buried cable sensor with intruder loca-tion.IEEE Trans Aerospace and Electronic Systems Magazine, 2005;20 (7) :11—15

[3]Armstrong D, Peile C.Perimeter intruder detection systems perform-ance standard.IEEE Proceedings of International Carnahan Confer-ence on Security Technology, 2005;33—36

[4]王明吉, 张勇, 李玉爽, 等.单主机高精度周界入侵探测报警系统.仪器仪表学报, 2006;27 (12) :1718—1720

[5]周航慈, 吴光文.基于嵌入式实时操作系统的程序设计技术.北京:北京航空航天大学出版社, 2006

[6]谭浩强.C程序设计 (第二版) .北京:清华大学出版社, 2001

数字摄影机探测器软件故障维护 第6篇

开机启动后, 在ADX ( ADVANTX, 自动曝光控制) 可视界面选择投照部位后提示:系统通讯问题, 重新启动 (故障代码:4020 system communication problem, press reset) , 数次重新启动, 仍不能解除该故障, 致使曝光不能进行。

2 故障分析

(1) 整机结构:该机主要分为以下子系统:① AWS (Acquisition Workstation, 采集工作站) :用来采集、图像后处理和传递数字图像的工作站;② Detector (探测器) :内置的闪烁体将 X 射线转化成数字图像信号, 再传送到IDC (Image Detection Controller, 图像探测控制器) 计算机中;③ Conditioner (该装置通常叫作“水冷机”) :水冷机主要为探测器提供合适的环境温度以及探测器工作的电源;④ IDC: 该系统功能是检测探测器的启动状态;进行图像信息的数字化重建;控制检测水冷机的状态;⑤ ADX:可视界面用来选择投照体位, 并由ADX计算机给出曝光剂量;⑥ POS ( Positioner, 位置调节器) :用来定位球管和探测器之间的对应位置。

(2) 工作原理:在ADX选择投照体位由ADX计算机给出曝光剂量由探测器将X线转换成数字图像信号 (光纤传输) 经IDC进行图像信号数字化重建 (光纤传输) (光口网口转换器) 送AWS进行图像后处理激光相机。

(3) 在AWS工作平台的诊断程序中分别对AWS-IDC、AWS-ADX、AWS-POS、IDC- Conditioner 进行通讯测试, 均提示:communication test is passed; 只有IDC-Detector测试通讯失败, 提示故障信息:#4 replace the detector (更换探测器) 。

(4) 针对IDC-Detector测试通讯失败, 先用手电筒照射检测的方法分段测试AWS至IDC、IDC至Detector光纤有无断路, 经检测无断路;于是决定对相关的子系统IDC、Detector、Conditioner 进行故障排查。观察IDC系统数码显示状态为“FFFF”, 该状态提示正常;检测探测器6组电源 (由水冷机电源箱提供) 均在正常范围;观察水冷机液晶显示屏, 没有故障报错, 温度显示正常。

(5) 针对 #4 提示, 检查探测器的故障。在IDC主板VGA口接驳显示器, 重新启动, 详细观察启动信息, IDC自身的启动很顺利, 状态显示为 “FFFF”, 没有任何错误显示, 直至启动到Starting Detector (1min) , 提示 “Detector boot error” (探测器启动错误) 。判断由于探测器硬件或软件的故障导致。接下来用随机附带的软件安装IDC系统软件来排除软件故障, 重启IDC, 得到的结果仍然同前。

3 故障排除

(1) 针对“Detector boot error”, 判断探测器启动软件故障或探测器硬件故障导致探测器启动失败。

(2) 由于更换探测器费用非常昂贵, 决定对IDC-Detector系统软件重新安装, 虽然之前此项工作已经做了, 但是考虑严格排查探测器的启动程序后再行判断是否更换探测器。

用新软盘制作镜像软盘, 重新安装, 键入安装各个命令, 并仔细观察显示屏, 启动到 Start Detector (1min) 时 , 键入探测器软件下载安装命令, 数分钟后提示:

Detector is Bootting

Power supply is on.

Power Supply boot done

此时, 手动按下reset键, 直至启动到:

(3) 整机关闭, 重新启动完毕, 4020故障消失, 曝光试机, 恢复正常。

4 总结

(1) 此次故障属于设备启动过程中探测器的引导启动软件损坏引起, 不能简单的根据 “探测器启动错误”来判断探测器硬件损坏。

(2) 要了解设备的工作原理、各系统功能, 软件安装时要细心、耐心。

(3) 要有顽强的工作作风和锲而不舍的精神, 遇到困难不要轻言放弃, 最后坚持的一小步就是成功的一大步。

摘要：我院引进GE公司生产的单板DR (Digital Radiography, 数字摄影) 型号为XR/D Revolution, 使用7年余, 现将近期一次探测器软件故障做一总结。

数字探测仪 第7篇

进入21世纪以来,数字化X线成像设备得到飞速的发展和普及。数字化X线摄影技术在全国的大、中型医院已经逐步取代了常规的屏/片摄影和暗室手工洗片技术,大大提高了影像质量,成像速度和工作效率。

数字化X线摄影技术是在专用计算机控制下,直接读取感应介质记录到的X线影像信息,经计算机图像处理系统处理后以数字化图像方式显示和存储。在数字化X线摄影中,最常用的成像感应介质为TFT型(基于薄膜晶体管型)平板探测器(Flat Panel Detector)。TFT型平板探测器最常用的有两种类型:Cs I/(a-si)(碘化铯/非晶硅)和a-se(非晶硒)。

1 基本原理

Cs I/(a-si)为间接式平板探测器结构,主要由闪烁体Cs I加具有光电二极管作用的非晶硅再加TFT阵列构成。这种平板探测器是先将X射线转换为可见光,再转换成电信号,并产生数字信号。X光子在转换为电信号的过程中,必须首先转化为可见光,而可见光在闪烁体内的散射和漫射,使信号有一定的损耗,转换质量稍逊,造成了图像分辨率的下降,不利于影像细节的显示。

a-se为直接式平板探测器结构,主要由光导材料非晶硒层加TFT阵列构成。这种平板探测器是将X线直接转换成电信号,并产生数字信号。它信号损耗小,转换质量较高,因为无须光电转换,避免了可见光的散射和漫射,所以图像的对比度和分辨率较高,并且对影像细节的显示较好。

2 基本组成

平板探测器主要由平板状的像素矩阵(通常为2K2K)、硅层(或硒层)、电解层、顶层电极和保护层所组成。硅(或硒)具有较高的光电导率,对X线有很强的敏感性。平板探测器在行和列的方向上都与外电路相接并被编址,在专门的控制电路作用下按一定规律把各个像素的存储电荷读出,形成14比特的数字输出信号。

3 基本性能指标

3.1 刷新速率

是指两次图像采集时间间隔,常规要求8-12帧/秒,若需要动态采集则至少要求达到15帧/秒。

3.2 成像时间

a-se为25秒,Cs I/(a-si)为15秒。

3.3 像素尺寸和矩阵

像素尺寸:a-se为139μm;Cs I/(a-si)为143μm。

像素矩阵:a-se为25603072;Cs I/(a-si)为30003000。

3.4 极限分辨率

极限分辨率是由像素尺寸大小决定的。

a-se的极限分辨率是3.6LP/mm;

Cs I/(a-si)的极限分辨率是3.5LP/mm。

3.5 动态范围

动态范围是衡量探测器性能的一个重要指标,用最低剂量与最高剂量的比值表示,通常为1:10000。动态范围的大小,决定着影像的细节。

3.6 灰阶深度

数字影像的密度分辨率的高低变化程度叫灰阶深度(或称灰阶等级),一般为12-14比特。如12比特能记录4096个灰阶等级,14比特能记录16384个灰阶等级。a-se和Cs I/(a-si平板探测器都能达到14比特。

3.7 成像面积大小

平板探测器常用规格有35cm43cm(14 inch17inch)和43cm43cm(17 inch17inch)两种。成像面积愈大,摄片范围愈大,但价格愈高。

3.8 MTF(调制传递函数)和DQE(量子检出效率)

一般来说,评价数字平板探测器的优劣与否主要看MTF(Modulation Transfer Function)和DQE(Detective Quantum Efficiency)。MTF反映的是平板探测器影像对比度和空间分辨率。DQE反映的是平板探测器的灵敏度、噪声、X线剂量和密度分辨率。

4 常规维护

数字平板探测器是一种精密和贵重的设备,对成像质量起着决定性的作用。因此,平时,我们做好常规的维护和保养,对提高它的使用效能和延长使用寿命具有很重要的作用。我们科所使用的是PHILIPS双平板探测器,结构为Cs I/(a-si)。下面就对其常规的维护和保养方法进行简要的介绍。

根据机器说明书提供探测器质量保证要求,必须每个月对平板探测器做一次质量保证校正(QA Calibration)。主要做增益校正(Gain Calibration)和像素剂量校正(Pixel Dose Calibration)。

方法:首先拿出滤线栅,在束光器上装好21mm AL过滤板,并将束光器的照射野手动打开到最大,分别对床和立柱胸片架的平板探测器进行QA校正。

另设定床的SID=110cm,胸片架的SID=150cm。

在操作界面上点击“System”“Quality Assurance”“Password:QA check”,此时进入校正界面,可以看到“Gain Calibration”和“Pixel Dose Calibration”项目,我们只要进行如下操作:

总共曝光10次,曝光条件统一为:70k V、5.6m As、14.2Ms。

曝光全部结束后,会提示成功完成(successful finish),可进行下一步校正。

做完后,按顺序重复做一遍。当出现成功完成(successful finish)的提示后,校正就可以全部结束,退出校正界面。

为了能保证探测器的正常工作,必须时刻注意它的温度。可通过机器提供的软件参数窗口经常观察是否处在正常范围,通常床上探测器为(40±3)℃,胸片架上探测器为(38±3)℃。最主要的是保证探测器上的散热风扇24小时旋转工作,起到恒温散热作用,以维持探测器正常运行的必要条件。

另外,还必须注意环境温度(可用空调器将温度控制在25℃左右)、环境湿度(用去湿机将湿度维持在60%-70%)。同时还必须注意经常保持探测器的清洁,防止平板上积灰影响图像的清晰度和洁净度,破坏成像效果,造成误诊。总之,探测器是DR机中最昂贵的设备(价值几十万人民币),我们必须象爱护自己的眼睛一样去好好珍惜它,使它在实际工作中发挥最大最好的作用。

摘要：本文简要叙述了常用DR数字探测器的原理、性能以及常规维护的方法,旨在提高数字化X线摄影技术的水平。

关键词：DR,DR数字探测器,X线摄影

参考文献

[1]白玫,等.X线CT质量评估中的调制传递函数的测试与分析[J].医疗设备信息,2006(5):11-13.

[2]白玫,等.数字X射线成像设备DQE的测试[J].医疗设备信息,2007(4):1-4.

[3]陈志辉,等.X线平片信息数字化技术[J].医疗设备信息,2004(9):39-41.

[4]王风鸣,李国雄.X线数字成像设备[J].医疗装备,2002(6):3-4.

[5]魏福均.数字化摄影装置的发展现状与展望[J].上海预防医学杂志,2005,17(2):97-98.

[6]朱纯生,柳学国,钱柏坤.直接数字化摄影的质量控制[J].实用放射学杂志,2004,20(5):474.

[7]赵强.医学影像设备[M].上海;第二军医大学出版社,2002:243-244.

数字探测仪 第8篇

故障现象:开机后系统提示未检测到数字平板 (探测器) 。

故障分析:该机的基本工作原理是系统开机后初始化各个子系统, 包括机械、X线高压发生器、平板探测器等, 主计算机接受到各个子系统返回的正常信息后进入主程序执行正常操作界面。一旦系统有错误产生就提示错误信息停机。

从报错信息看, 判定为主机与数字平板的通讯出错。该机的主机与数字平板通讯是采用2根光纤连接双向通讯, 传输的信号有主机对平板探测器的控制信号和平板探测器所采集的图像原始数据。通讯错误发生提示了主机或平板探测器至少有一个产生了故障。

故障检修:首先查看主机与平板探测器的光纤。打开机架的右侧外壳, 找到主机和平板探测器的光纤连接器, 发现从主机发送过来的光纤能看到有红色激光产生, 而平板探测器的发送端看不到有激光产生, 因此考虑平板探测器损坏的可能性比较大。平板探测器不产生发送信号原因有2个:一是平板探测器的供电不正常, 不能提供平板探测器正常工作所需要的电源;二是平板探测器本身损坏。于是再检查平板探测器的供电单元, 测量平板探测器电源接口处的电压, 发现在主机和平板探测器建立通讯的时候, 探测器供电单元送出5次大约持续5 s左右的供电电源, 电压和维修手册给出的一致。于是基本断定为平板探测器本身损坏。请GE的工程师维修确定了平板探测器损坏, 需要更换整个平板探测器, 为了节约支出我们决定自己先修修看。

小心地打开探测器组件, 发现整个探测器由三部分组成:第一层为数字平板, 第二层为平板的电源分配和数字信号收集线路板。第三层为数字信号处理和通讯板。根据故障现象, 首先判断为第三层数字信号处理和通讯板故障。把数字信号处理和通讯板拆下, 目测没有发现有明显损坏的元件。查看整个板的元件, 由二次电源产生电路、可编程逻辑电路CPLD及FPGA、可启动的FLASH芯片、光纤通讯模块等组成, 整个电路板都是用来处理小信号的。分析该板的原理应该是整个平板探测器得电后, 由FLASH芯片启动执行程序, 初始化各个芯片, 然后把初始化完成后的信息通过光纤接口电路送回主机。根据以上观察分析和以前的维修经验, 认为该线路板可以离线测试。于是我们单独为该板外加了一路供逻辑电路用的7.4V电源作离线测试。分别测得板上所有2次电源电压都正常;晶体振荡电路及时钟分配器也有输出;再测可启动的FLASH芯片的地址信号, 发现在上电的瞬间地址总线有波形测到, 这说明整个板载系统复位正常, 并且已经启动。于是再查输入输出接口, 发现接口芯片的TX端在上电的瞬间有波形输出, 并且TX+、TX-两端有1.05 V的电压存在, 而此时光模块却没有发光, 到此时我们重点怀疑光模块损坏。把光模块从电路板上拆下, 对应该模块的数据手册作离线测试, 结果证实该模块确实损坏了。从市场购得该模块后装机, 机器恢复正常。

数字探测仪 第9篇

共焦显微术以其高分辨力、能够较容易实现被测物表面三维重构等优势被广泛应用于生物学、医学、材料学和微细加工等领域, 其中, 并行共焦显微术又因其测量的快速性备受国内外专家的关注[1,2]。并行共焦系统的关键是采用点光源阵列来实现并行光路, 目前普遍采用微光学器件实现光束分割, 如Nipkow转盘、微针孔阵列和微透镜阵列等, 但是由于此类微光学器件制作困难, 受制作工艺影响大, 无法保证各个微型器件光学性能的一致性和均匀性, 因此在测量中引入较大的误差;并且微光学器件一旦制成, 光学参数将无法更改, 如果需要改变微光学器件的周期 (阵列数) , 则需要重新制作一个全新的器件。

为了改善微光学器件的柔性, 使其更具有通用性, 本文提出了一种采用数字微镜器件 (DMD) 构建并行光源的方式, 以取代传统的微光学器件。数字微镜器件可以在反射入射光的同时, 将其分束, 再通过聚焦透镜形成点光源阵列, 从而完成传统微光学器件的功能。DMD对光线分束的方式可以通过程序进行控制, 从而使点光源阵列的大小、间距可根据需要进行变换。本文旨在研究DMD用于并行共焦显微探测的可行性, 并根据DMD自身的特点设计了测量光路, 通过实验研究了基于DMD的数字并行光源对并行共焦显微探测纵向分辨力的影响。

1 原理介绍

1.1 并行共焦显微术简介

并行共焦显微的原理如图1所示。

光源发出的光经微透镜阵列分束后形成点光源阵列[3,4,5], 并由透镜组成的远心光路成像在被测物面, 再由物面反射后, 成像在CCD像面, 其中, 点光源阵列面、物面和CCD像面是彼此共轭的。测量时, 随着物面做Z向移动, 成像于CCD像面的光斑大小发生改变, 导致CCD单个像素点所接收到的光强也会发生变化, 因此可以得到该像素点沿Z向的理想特性曲线[6,7]如图2。由光强位移曲线可以得到该像素点的正焦位置, 将视场内所有像素点的正焦位置找到后, 即可获知被测物面的表面轮廓形貌。

1.光源;2.准直透镜;3.微透镜阵列;4.分光镜5.凸透镜一;6.微动台;7.凸透镜二;8.CCDFig.1 The principle of parallel confocal microscopy1.Light source;2.Collimating lens;3.Micro lens array;4.Prism5.Convex lens;6.Micro table;7.Convex lens;8.CCD

1.2 DMD介绍

数字微镜器件 (DMD) 是由美国德州仪器公司在1987年发明的, 它是一种基于半导体制造技术、由高速数字式光反射开关阵列组成的器件[8,9,10], 其核心是在CMOS基底上加上了很多小到十几微米见方的微镜, 而一个DMD芯片上有几十万到几百万个微镜, 每个微镜的结构如图3所示。

DMD是电寻址空间光调制器结构, 通过在反射镜上加偏置电压, 微镜可以旋转到+12º或-12º。将图像输入到DMD上显示后, 由其对光线进行反射, 再通过透镜即可制造出点光源阵列, 而阵列的灰度则可通过程序控制微镜的偏转频率来实现。DMD反射后会产生两个灰度互补的像, 在实验中只需利用其中一个, 如图4。

2 实验光路设计

利用DMD的上述特性, 输入一幅分辨力800600 (与所购DMD的分辨力相匹配) 、黑白相间的阵列图, 再通过光源照射和成像透镜, 即可在光路上形成800600的点光源阵列, 利用该阵列面、物面和CCD像面的共轭关系, 亦可得到相应的光强位移曲线, 实验光路如图5所示。

如前文所述, 只需要利用两个互补反射像中的一个就能够配合成像透镜形成点光源阵列了。为了尽量提高整个系统的纵向分辨力, 要求成像透镜的数值孔径尽量大, 而为了能够尽量降低轴外像差的影响, 又需要选取较大口径的透镜。最终, 成像透镜的焦距定为50 mm, 口径为30 mm。光源以外的其他光路则参考了实验室已有的并行共焦显微系统。

3 实验及结果

设计了点大小不同、间距不等的多种点光源阵列, 如图6。所谓的“点大小”是按单个点占据DMD像素的多少来确定的, 比如“33”是指单点占据了9个DMD像素。

点光源阵列中点与点的间距称为周期, 周期不同, 会对并行共焦显微探测的纵向分辨力产生较大的影响, 考虑到整个光路的影响以及CCD的分辨力, 最终选取了点大小“33”和“55”两种阵列像进行实验。

图7是两种不同周期的点光源阵列在当前系统中由正焦到离焦的变化过程。

实验中, 用两个标准量块制造了1 050µm的高度差, 分别采用两种阵列图形成的点光源阵列在前文所述方法的基础上, 得到了高度差的实验值, 其实验曲线见图8。

由于采用了卤素灯作为光源, 它的亮度会随温度的变化而变化, 因此并没有连续做这两组实验, 而是做完一组实验后, 等卤素灯完全冷却后再进行另外一组实验, 尽量降低温度对实验结果的影响。

表1是实验数据, 从结果来看, 点的大小较小时, 数据的波动也较小, 分辨力可以达到±3µm以内;但是, 点的大小也不能无限制地小, 一方面要受到DMD自身的限制, 另一方面也要与CCD的像素尺寸相匹配。

4 结论与分析

上述分析及实验结果表明, 利用DMD构建点光源阵列, 并用于并行共焦显微测量是完全可行的, 其中有几点需要注意的:1) 阵列像中点的大小要尽量小以提高纵向分辨力, 同时也要注意与CCD的像素尺寸匹配;2) 采用卤素灯作为光源需要注意其亮度会随着温度的变化而变化, 这个特性对实验的影响较大, 后续研究中将采用LED冷光源取代卤素灯;3) 光线经过DMD反射后只通过一块双胶合的透镜进行成像, 并没有将光路中阵列像边缘的像差完全消除, 在后续的研究中, 将对光路进行改进。

以DMD为核心的数字并行光源具有高分辨力、易于控制等优势。传统微光学器件, 如微透镜阵列等, 所构成的并行光源成本高, 且阵列周期一旦确定后将无法更改, 而基于DMD的数字并行光源则在保证并行共焦显微探测的纵向分辨力不受太大影响的同时, 很大程度上提高并行光源的柔性, 对今后并行共焦显微术的研究有较大的意义。

摘要：数字微镜器件 (DMD) 可以对反射后的光线进行分束, 再经过透镜聚光后, 能够形成点光源阵列, 其中点的大小、间距都可以很方便地控制。相较于传统的微光学器件, DMD具有不可比拟的柔性, 而且成本很低。利用DMD构建的数字并行光源可以用于并行共焦显微探测, 实验搭建了一条适应于目前测量环境的光路, 对比了周期不等的点光源阵列后, 得到了在同时满足DMD和CCD的像素要求的前提下, 阵列周期越小越能提高测量纵向分辨力的结论。

关键词：数字微镜器件,点光源阵列,数字并行光源,并行共焦显微

参考文献

[1]Wilson T.Confocal Microscopy[M].New York:Academic Press, 1990.

[2]王永红, 余晓芬, 俞建卫, 等.非扫描并行三维共焦检测技术综述[J].仪器仪表学报, 2003, 24 (增刊) :8-11.WANG Yong-hong, YU Xiao-fen, YU Jian-wei, et al.A survey of the non-scanning3-D profile confocal detecting[J].Chinese Journal of Scientific Instrument, 2003, 24 (s) :8-11.

[3]Tiziani H J, Uhde H M.Three-dimensional analysis by a microlens-array confocal arrangement[J].Appl Opt (S0003-6935) , 1994, 33 (4) :567-572.

[4]TIAN Wei-jian, YANG Jian-wen, BAO Zheng-kang, et al.New method for measuring the properties of optical systems with micro-optic components[C]//Automated Optical Inspection for Industry, Beijing, China, Nov6-7, 1996, 2899:263-268.

[5]Ishihara M, Sasaki H.High-speed surface measurement using a nonscanning multiple-beam confocal microscope[J].Opt Eng (S0091-3286) , 1999, 38 (6) :1035-1040.

[6]田维坚, 丁志华, 郭履容, 等.一种全场三维共焦检测的新方法[J].光学学报, 1998, 18 (6) :757-761.TIAN Wei-jian, DING Zhi-hua, GUO Lü-rong, et al.A confocal method for measuring whole-field three-dimentional surface topography[J].Acta Optica Sinica, 1998, 18 (6) :757-761.

[7]余卿, 余晓芬, 毕美华.并行共焦显微探测高精度表面坐标信息获取方法[J].光学学报, 2009, 11 (29) :3057-3060.YU Qing, YU Xiao-fen, BI Mei-hua.Research on high-precision acquisitive method of surface coordinate information based on parallel confocal microscopy[J].Acta Optica Sinica, 2009, 11 (29) :3057-3060.

[8]Van Kessel P F, Hornbeck L J, Meier R E, et al.MEMS-based projection display[J].Proc.of the IEEE (S0018-9219) , 1998, 86 (8) :1687-1704.

[9]Kawasaki, Hornbeck L J.Digital light processing and MEMS:reflecting the digital display needs of the networked society[C]//Micro-Optical Technologies for Measurement, Sensors, and Microsystems, Besancon, France, Jun12-13, 1996, 2783:2-13.