Development of switching and measurement circuits for problems of electric impedance tomography

Autor: Kucher, Artem, Narakidze, Nuri, Tjaglicova, Polina, Filonova, Maryana
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Східно-Європейський журнал передових технологій; Том 4, № 5 (106) (2020): Прикладна фізика; 51-59
Восточно-Европейский журнал передовых технологий; Том 4, № 5 (106) (2020): Прикладная физика; 51-59
Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Том 4, № 5 (106) (2020): Applied physics; 51-59
ISSN: 1729-3774
1729-4061
Popis: This study solves the relevant problem of selecting an optimal switching and measurement circuit for the problems of reconstruction of the field of change in the conductivity in a biological object.Based on an analysis of publications in the area of construction of the hardware part of the EIT devices, the main types of the systems were identified: sequential, parallel, and mixed. Because of the low cost, sequential architecture became most common.Due to the low level of a useful signal in the study of lung ventilation, the differential measurement circuit, which enables amplification of a difference signal, is considered optimal. A difference signal changes significantly as it moves away from injecting electrodes, so the optimal use of the analog-to-digital converter scale requires a change in the amplification coefficient during the collection of measurement information. A measurement circuit with an adaptive amplification coefficient was proposed. The optimal amplification coefficient is determined by the results of test measurements. A block diagram for the implementation of the proposed algorithm was developed.A circuit for switching the injecting and measuring electrodes, allowing the injection and measurement between any pair of electrodes, was proposed. Theoretical analysis of the impact of switch parameters was carried out. The analysis revealed that the main parameters influencing the metrological characteristics are the resistance of the open channel and its spread.As a result of mathematical modeling of the circuit of substitution of injection and measurement channels, it was determined that channel resistance and its spread for typical switches results in a relative error in measurements of potentials of no more than 0.2 %
В настоящей работе решается актуальная задача выбора оптимальной схемы коммутации и измерения для задач реконструкции поля изменения проводимости биологического объекта.На основании анализа публикаций в области построения аппаратной части ЭИТ-устройств выявлены основные типы систем: последовательная, параллельная и смешанная. Ввиду низкой стоимости наибольшее распространение получила последовательная архитектура.Из-за малого уровня полезного сигнала при исследовании вентиляции легких оптимальной признана дифференциальная схема измерения, которая позволяет произвести усиления разностного сигнала. Разностный сигнал значительно изменяется по мере удаления от инжектирующих электродов, ввиду чего для оптимального использования шкалы аналогово-цифрового преобразователя требуется изменение коэффициента усиления в ходе сбора измерительной информации. Предложена схема измерения с адаптивным коэффициентом усиления. Оптимальный коэффициент усиления определяется по результатам тестовых измерений. Разработана блок-схема реализации предложенного алгоритма.Разработана схема коммутации инжектирующих и измерительных электродов, позволяющая проводить инжектирование и измерение между любой парой электродов. Проведен теоретический анализ влияния параметров коммутаторов. В результате анализа выявлено, что основными параметрами, влияющими на метрологические характеристики, являются сопротивление открытого канала и его разброс.В результате математического моделирования схемы замещения каналов инжектирования и измерения определено, что сопротивление канала и его разброс для типовых коммутаторов приводит к относительной погрешности измерения потенциалов не более 0,2 %
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: