Модуль ввода-вывода информации системы цифровой рентгенографии (стр. 8 из 12)

4.4.2 Сигма-дельта преобразователи и шум квантования

Блок-схема сигма-дельта АЦП первого порядка представлена на рисунке 4.7.

Рисунок 4.7 – Сигма-дельта АЦП первого порядка

Входная (аналоговая) часть такого класса приборов – сигма-дельта модулятор, преобразующий входной сигнал в последовательный непрерывный поток нулей и единиц, следующих с частотой

. Замкнутая цепь обратной связи состоит из вычитающего устройства, интегратора, компаратора (1-бит АЦП), 1-бит ЦАП. Этот ЦАП принимает последовательный поток данных, а сигнал с его выхода вычитается из входного сигнала. Из теории обратной связи следует, что средняя величина напряжения на выходе ЦАП при достаточном петлевом усилении может достигать значения на входе модулятора. Интегратор может быть представлен как фильтр, амплитуда отклика которого пропорциональна 1/f, где f – частота входного воздействия. Компаратор синхронизируется тактовыми импульсами, следующими с частотой , преобразуя медленный входной сигнал переменного тока высокой частоты, меняющейся в зависимости от среднего значения напряжения на входе. Таким образом, эффективное значение шума квантования на низких частотах пренебрежимо мало, а интегратор выступает в роли фильтра высоких частот для шума квантования. Распределение спектра результирующего шума сильно зависит от скорости квантования, постоянной времени интегратора и точности балансировки обратной связи по напряжению.Так как аналоговый фильтр действует как ФНЧ на сигнал и как ФВЧ на шум квантования, такие модуляторы с фильтрами часто называют шумообразующими. Это иллюстрирует рисунок 4.8.

Рисунок 4.8 – Распределение шума квантования

4.4.3 Цифровая фильтрация и децимация

После того как шум квантования был сформирован квантователем в полосе частот выше рабочего диапазона, необходимо подавить продукты этого шума с помощью цифровой фильтрации (рисунок 4.9). Цифровой фильтр преследует двойную цель. Во-первых, он должен ослаблять переотражения от выходной частоты преобразования

. Во-вторых, подавлять продукты высокочастотных компонент шумообразующего процесса сигма-дельта модулятора. Снижение частоты вывода данных выполняется с помощью процесса, называемого децимацией.

Рисунок 4.9 – Действие цифровой фильтрации на шум квантования

На рисунке 4.10 он показан для дискретного сигнала, где частота дискретизации входного сигнала

уменьшена в 4 раза. Сигнал пересчитывается на более низкую частоту квантования (частоту децимации).

Децимация может также рассматриваться как метод избавления от избыточной информации, привнесенной передискретизацией. В сигма-дельта АЦП широко используется совмещение функций цифрового фильтра и дециматора – в результате вычислительная эффективность повышается.

Рисунок 4.10 – Децимация дискретного во времени сигнала

В некоторых разработках сигма-дельта АЦП фильтрация выполняется двумя каскадами. При совместном использовании FIR(FiniteImpulseResponse) и IIR (InfiniteImpulseResponse) фильтров децимация происходит в первом FIR каскаде, а окончательная фильтрация производится уже в IIR каскаде.

5 Экологическая справка

5.1 Наименование работы

Целью данного дипломного проекта является улучшение качества изображений системы цифровой рентгенографии путем замены модуля ввода/вывода данных усовершенствованной моделью.

Так как модуль ввода/вывода данных является частью рентгеновского аппарата, то в качестве устройства, исследуемого на экологическую пригодность, рассматривается сам рентгенографический аппарат.

5.2 Технические характеристики аппарата

Рассматриваемый аппарат рассчитан на питание переменным током 100 В, 110 В, 120 В, 127 В, 200 В, 230 В, 240 В +/– 10%; 50/60 Гц. Номинальный проводимый ток: 20 А до 127 В; 15 А свыше 200 В соответствует номинальному значению, на которое рассчитан инерционный плавкий предохранитель на сетевом входе устройства. Средняя потребляемая мощность не более 2,5 кВА, поэтому в специальной защите окружающей среды от электромагнитных излучений не нуждается.

Рассматриваемое устройство не является источником шума и вибрации, так как в устройстве не происходит генерирования механических колебаний.

Мощность, рассеиваемая блоками аппарата, не существенна, поэтому с точки зрения излучаемой тепловой энергии устройство не представляет опасности для окружающей среды.

5.3 Анализ материалов

Рентгеновская трубка, входящая в состав аппарата, генерирует рентгеновское излучение, которое распространяется во всех направлениях и вызывает ионизацию вещества. Для защиты от используемого рентгеновского излучения рентгеновская трубка помещается в металлический кожух из свинца.

Для изготовления модуля ввода/вывода данных используют следующие вредные вещества:

· свинец, входит в состав припоя, а также защитных конструкций;

· медь, используется в проводниках;

· стеклотекстолит, используется в качестве основы плат.

Данные вещества, вместе с классами опасности приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Используемые в рентгенографических аппаратах опасные вещества

Вещество, материал	Куда входит	Класс опасности	ПДК, мг/м3
эпоксидные смолы УП650; УП650Т; УП2124	стеклотекстолит	1	0,0003
свинец	защитные металлические конструкции, припой	1	0,0003
медь	провода, печатные платы	2	0,0020
поливинилхлорид	изоляция, крепеж	2	0,0020

В состав стеклотекстолита входит эпоксидная смола, являющаяся токсичным веществом. Особо опасными являются смолы марок УП650, УП650Т, УП2124, класс опасности 1 (ГОСТ 12.1.007-76). Для уменьшения вредного воздействия на окружающую среду не рекомендуется использовать смолы вышеперечисленных марок.

Вместо традиционного защитного средства – свинца (1 класс опасности), рекомендуется использовать свинцовый эквивалент железа или термопластичный проводящий полимер. Медь представляет опасность на этапе утилизации, по этому медные проволоки можно заменить на серебряные или золотые, но такая замена в большинстве случаев сейчас не целесообразна.

Поливинилхлорид можно заменить на полипропилен (3 класс опасности).

Так как в данном аппарате используются цифровые методы обработки рентгеновского изображения, то процесс получения рентгенограмм становится «экологически чистым» из-за отсутствия метола и едкого натра, применяемых при регистрации изображения на рентгеновских пленках.

5.4 Меры по очистке выбросов

При пайке элементов могут возникать токсичные отходы: свинец и его соединения, различные пыли, пары растворителей, и т.д. Поэтому на рабочих местах должны быть предусмотрены вытяжки, сообщающиеся с системой очистки выбросов предприятия-изготовителя и меры по их утилизации.

5.4.1 Пылевые выбросы

Для очистки выбросов от различной пыли с малой концентрацией загрязнений будем использовать двухзонные электрофильтры типа ФЭ, принадлежащие ко II классу пыле- и туманоуловителей, то есть очищающих воздух от частиц более 2-х мкм.

5.4.2 Газовые выбросы

Пройдя через двухзонный электрофильтр типа ФЭ воздух должен быть очищен от токсичных газовых примесей. Создаваемые в промышленности газоочистные установки позволяют обезвредить технологические и вентиляционные выбросы без утилизации или с последующей утилизацией уловленных примесей. Очистка воздуха от газов в данном производстве будем осуществлять методом абсорбции. Очистка газовых выбросов методом абсорбции заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или нескольких компонентов (абсорбантов) этой смеси жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора. И для цели очистки от газовых примесей будем использовать скруббер Вентури ГВПВ, принадлежащий ко II классу.