Компьютерная Томография
дит из-за тока смещения, который создает
падение напряжения на резисторах. Он порождает смещение выхода,
определяемое как:
[pic]
Для обеспечения погрешности за счет тока смещения, меньшей 1мВ необходим ОУ
с током смещения:
[pic][pic]
Входной ток сдвига. Этот параметр обусловлен асимметрией входных токов
ОУ. Но входной ток сдвига как правило меньше входного тока смещения в 10 -
20 раз, и в данном случае им можно пренебречь.
Скорость нарастания ОУ. Т.к. ОУ будут работать с низкочастотными
сигналами, этот параметр не имеет в данном случае определяющего значения.
Выходной ток. В связи с тем, что выходной ток операционного усилителя
ограничен, размах выходного напряжения на низкоомных нагрузках также
ограничен, но это не приведет к появлению погрешностей, т.к. нагрузкой
первого ОУ является второй ОУ с входным сопротивлением порядка 10 кОм, а
нагрузкой второго ОУ является АЦП, входное сопротивление которого также
составляет 10 кОм.
Коэффициент усиления при разомкнутой цепи обратной связи. Значение
этого параметра нет необходимости учитывать, т.к. коэффициенты усиления
первого и второго ОУ равны соответственно 1 и 0,71, а частота
обрабатываемого сигнала очень мала.
Исходя из вышеизложенных требований, следует вывод о необходимости
применения прецизионного ОУ, т.к. только они могут обеспечить необходимые
параметры (в основном - малое напряжение смещения). Существует довольно
много ОУ, подходящих установленным критериям - отечественных и импортных.
Но надо отметить, что нецелесообразно применять микросхемы с параметрами,
намного превосходящие требуемые, т.к. это приведет лишь к неоправданным
расходам.
Наиболее подходящим представляется ОУ К140УД25А. Это прецизионный
усилитель со низким входным напряжением шума, внутренней частотной
коррекцией и высоким коэффициентом усиления напряжения. [9] Особенностями
данного ОУ являются: малое напряжение смещения, широкий диапазон напряжения
питания, высокий коэффициент усиления (1млн.). Электрические параметры ОУ и
предельные режимы эксплуатации приведены соответственно в таблицах 4.3 и
4.4.
Табл. 4.3
Электрические параметры ОУ К140УД25А.
(при Uп= ( 15 В, Rн = 2 кОм, Т = +25(С)
|Параметр |не менее |не более |
|Максимальное выходное напряжение, В |(12 |- |
|Напряжение смещения, мкВ |- |(30 |
|Ток смещения (входной ток), нА |- |(40 |
|Ток сдвига (разность входных токов), нА |- |25 |
|Ток потребления, мА |- |4,7 |
|Коэффициент усиления напряжения, тыс. |1000 |- |
|Макс. синфазное входное напряжение, В |(11 |- |
|Частота единичного усиления, МГц |3 |- |
|Коэффициент ослабления синфазного сигнала, дБ |- |114 |
Табл. 4.4.
Предельно допустимые значения параметров и режимов К140УД25А.
|Параметр |не менее |не более |
|Напряжение питания, В |(13,5 |(16,5 |
|Сопротивление нагрузки, кОм |2 |- |
|Синфазное входное напряжение, В |- |(10 |
|Температура окружающей среды, (С |-10 |+70 |
4.4 Защита АЦП
Использование микросхемы АЦП имеет некоторые особенности. Так сигналы
на ее входы рекомендуется подавать в следующей последовательности:
напряжения питания, сигналы на управляющие входы, входной аналоговый
сигнал. Можно подавать вышеуказанные сигналы одновременно. [6] Т.к. во
входной цепи используются ОУ, через которые проходит входной аналоговый
сигнал, то проблема уже частично решена. Т.е. входной сигнал на АЦП
поступит лишь после появления питания, т.к. для питания АЦП и ОУ
используются одни и те же источники питания. Однако, необходимо еще
защитить АЦП по входу "Гашение и преобразование". Для этого можно конечно
использовать выключатель питания, с дополнительной группой контактов для
разрыва этой линии цифрового входа управления. Но это не решает проблему,
т.к. возможен выход АЦП из строя при отключении питающих напряжений, т.к.
подача на его вход управляющего цифрового сигнала при этом не
прекращается. Такая ситуация может возникнуть, например, если при
работающем устройстве, происходит отключение питания симулятора, а на
цифровой вход АЦП "Гашение и преобразование" поступает сигнал с ПК.
Проблема решается подачей сигнала с ПК на вход АЦП "Гашение и
преобразование" через логический вентиль НЕ (микросхема К1533ЛН1). [10]
Выбор данной серии обусловлен ее пониженным энергопотреблением, что
является существенным, т.к. при больших токах потребления на стабилизаторе
напряжения К142ЕН5А будет выделяться большая мощность. Благодаря тому, что
микросхема К1533ЛН1 питается от того же источника что и АЦП, при отключении
этого источника произойдет и прекращение подачи цифрового сигнала на вход
АЦП.
В результате, можно производить включение и выключение разработанного
устройства независимо от включения симулятора и ПК.
4.5. Проектирование источника питания и устройства индикации
Согласно техническому заданию, питание проектируемого устройства
необходимо осуществлять от источников питания симулятора напряжением (15 В.
Для микросхем АЦП К1113ПВ1 и К1533ЛН1 требуется источник питания
напряжением +5 В. Получение данного напряжения будет производится из
напряжения +15 В. Для этого используется микросхема стабилизатора
напряжения КР142ЕН5А, обеспечивающая выходное напряжение +5(0,1 В.
Максимальное входное напряжение микросхемы составляет 15 В, максимальный
выходной ток равен 2 А. [11]
На стабилизаторе напряжения КР142ЕН5А будет падать значительное
напряжение равное 10 В. Поэтому необходимо проверить, не превышает ли
рассеиваемая данной микросхемой мощность допустимую. Зная, что суммарный
ток потребления АЦП и инвертора равен 10+4=14 мА, определим рассеиваемую
мощность:
[pic] Вт;
Это гораздо ниже максимально допустимой рассеиваемой мощности
стабилизатора. С целью улучшения переходных процессов на выходе
стабилизатора используется конденсатор емкостью 0,1 мкФ.
Для индикации включения питания в устройстве предусмотрен индикатор на
светодиоде. В качестве светодиода используется прибор зеленого свечения
АЛ336В. Определим номинал токозадающего резистора для светодиода. Можно
было бы питать индикатор от +5В, но при этом возрастет рассеиваемая
мощность на стабилизаторе напряжения. Поэтому питаться индикатор будет
непосредственно от -15 В (выбор положительного источника обусловлен
стремлением обеспечить равенство потребления тока от обоих источников
питания. Т.к. падение напряжения на используемом светодиоде составляет 2,8
В, а номинальный ток потребления равен 10 мА, номинал резистора
определяется как:
[pic] Ом;
Выберем ближайшее значение равное 1200 Ом.
Мощность, выделяющаяся на данном резисторе определяется как:
[pic] Вт.
Таким образом мощность резистора должна быть не менее 0,125 Вт. Однако, для
обеспечения большей надежности, будет применяться резистор с рассеиваемой
мощностью 0,25 Вт.
Окончательная электрическая принципиальная схема разработанного
устройства сопряжения приведена на рис. 4.8. Перечень элементов к
принципиальной схеме приведен в приложении 2.
Схема электрическая принципиальная представлена согласно
ВЛГУ. 466400.001.Э3.
[pic]
Рис. 4.8. Принципиальная схема устройства сопряжения.
5. Разработка программного обеспечения
После преобразования аналогового сигнала в цифровую форму с помощью
АЦП возникает необходимость в программной обработке полученного цифрового
сигнала.
Разрабатываемая программа служит для запуска и остановки программы
захвата видеопоследовательности, которую та в свою очередь получает из
изображения полученного симулятором. Далее, полученные видеоданные могут
быть преобразованы в сведения о внутренней структуре сканируемого объекта
(тела человека) с возможностью реконструкции в различных сечениях. Для
получения этой возможности необходимо запустить и остановить программу
захвата видеопоследовательности при достижении вращающейся гантрией
симулятора определенных углов поворота. Это и должна осуществить
разрабатываемая программа.
Исходя из этого можно сформулировать требования к программе.
Программное обеспечение должно решать несколько задач:
1. Через определенные моменты времени производить считывание данных,
выдаваемых аналого-цифровым преобразователем.
2. Преобразовывать эти данные (10 - разрядное двоичное число) в значение
угла поворота гантрии симулятора.
4. В зависимости от угла поворота запускать, а затем останавливать
программу, отвечающую за захват видеопоследовательности.
5. Допускать изменение углов начала и конца захвата.
6. Иметь возможность настройки под АЦП.
7. Допускать возможность начальной настройки схемы для полного
использования динамического диапазона АЦП.
Обобщенная схема алгоритма программы представлена в приложении 1.
Главным требованием к программе является возможность работы в
операционной системе Windows, т.к. именно под ней работает программа
захвата видеопоследовательности. Кроме того, как будет показано ниже,
только с помощью возможностей этой операционной системы можно достаточно
просто осуществить запуск вышеуказанной программы.
Средой программирования была выбрана система Delphi3. Эта
| |  скачать работу |
Компьютерная Томография |
