本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)輸配電行業(yè)飛行器巡線自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種陣列掃描與采集控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，電力公司對(duì)輸電線路的維護(hù)、檢測(cè)和搶修等作業(yè)，基本上依然按照區(qū)段劃分任務(wù)，依靠人工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)線路巡情況進(jìn)行檢查。線路缺陷發(fā)現(xiàn)的及時(shí)和準(zhǔn)確性，取決于巡線員業(yè)務(wù)能力、責(zé)任心和班組管理人員的監(jiān)察巡視的落實(shí)，不能杜絕因巡視不到位引發(fā)的各種事故的發(fā)生。同時(shí)，有些輸電線路架設(shè)在深林、濕地、高山地區(qū)，人員到達(dá)緩慢、困難、效率低，不可能做到定期巡視維護(hù)，冰雪、地震、洪澇災(zāi)害等惡劣自然條件下巡檢難度更大。

目前取代人工巡線的主要方法是采用無(wú)人機(jī)巡檢作業(yè)，包括遙控巡檢飛行和自主避障跟蹤巡檢飛行兩種作業(yè)方式，兩種作業(yè)方式都需要飛行器與輸電線路保持合理的距離和相對(duì)位置，方便的線路跟蹤、避障技術(shù)等，而且最重要的即為如何設(shè)置磁感應(yīng)天線搭載無(wú)人機(jī)對(duì)輸電電路進(jìn)行探測(cè)?，F(xiàn)有的技術(shù)無(wú)法滿足此要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種陣列掃描與采集控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工頻輸電線路周圍磁場(chǎng)強(qiáng)度大小進(jìn)行采集、監(jiān)測(cè)和分析，從而為無(wú)人飛行器的位置測(cè)量、避障和跟蹤線路作業(yè)提供方便。

本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種陣列掃描與采集控制系統(tǒng)，包括設(shè)用于采集電磁感應(yīng)的被動(dòng)式陣列磁感應(yīng)天線裝置和用于對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行分析處理的信號(hào)處理控制系統(tǒng)，所述的信號(hào)處理控制系統(tǒng)包括濾波調(diào)理電路、外部基準(zhǔn)電路、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器、陣列掃描與采集控制器和DIP開(kāi)關(guān)，所述被動(dòng)式陣列磁感應(yīng)天線裝置的輸出端連接濾波調(diào)理電路輸入端，濾波調(diào)理電路的輸出端通過(guò)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接陣列掃描與采集控制器的輸入端，DIP開(kāi)關(guān)與外部基準(zhǔn)電路的輸出端也通過(guò)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接陣列掃描與采集控制器的輸入端，陣列掃描與采集控制器的輸出端連接被動(dòng)式陣列磁感應(yīng)天線裝置的輸入端。

所述的被動(dòng)式陣列磁感應(yīng)天線裝置包括基板，基板上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電路、穩(wěn)壓電路、諧振采樣電路和多個(gè)磁感應(yīng)子單元，所述多個(gè)電磁感應(yīng)子單元陣列均勻設(shè)置，記為M*N列矩陣，則驅(qū)動(dòng)電路包括行總驅(qū)動(dòng)電路、M路行驅(qū)動(dòng)電路、N路列驅(qū)動(dòng)電路和M*N個(gè)與門電路，磁感應(yīng)子單元與與門電路一一對(duì)應(yīng)；所述的行總驅(qū)動(dòng)電路、M路行驅(qū)動(dòng)電路和N路驅(qū)動(dòng)電路均為NPN三極管，每一行所在的電磁感應(yīng)子單元對(duì)應(yīng)一個(gè)行NPN三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，每一列所在的電磁感應(yīng)子單元對(duì)應(yīng)一個(gè)列NPN三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，行總驅(qū)動(dòng)電路為一個(gè)行總驅(qū)動(dòng)NPN三極管；

所述的電磁感應(yīng)子單元包括有一對(duì)電感線圈、第一低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)管和第二低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)管，所述的一對(duì)電感線圈由兩個(gè)正交分布的電感串聯(lián)組成，所述一對(duì)電感線圈的一端連接第二低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)管的集電極，第一低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)管發(fā)射極同時(shí)連接第二低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極；

所述任意一個(gè)在同一行電磁感應(yīng)子單元中第二低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極均與所在行對(duì)應(yīng)行NPN三極管的集電極相連接；其中M-1個(gè)行NPN三極管的發(fā)射極均與行總驅(qū)動(dòng)NPN三極管的集電極相連接，剩余一個(gè)行NPN三極管的發(fā)射極與行總驅(qū)動(dòng)NPN三極管的發(fā)射極相連接，行總驅(qū)動(dòng)NPN三極管的發(fā)射極接地連接，所述M個(gè)行NPN三極管和行總驅(qū)動(dòng)NPN三極管的基極均為驅(qū)動(dòng)電路輸入端；

所述任意一個(gè)在同一列電磁感應(yīng)子單元中第一低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極均與所在列對(duì)應(yīng)列NPN三極管的發(fā)射極相連接，同時(shí)由下到上，下方電磁感應(yīng)子單元中一對(duì)電感線圈的另一端與與其相鄰的上方電磁感應(yīng)子單元中第二低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極相連，同一列最上方的電磁感應(yīng)子單元中一對(duì)電感線圈的另一端與所在列對(duì)應(yīng)列NPN三極管的發(fā)射極相連接；

所述任意一個(gè)行NPN三極管的基極同時(shí)與所在行中任意一個(gè)電磁感應(yīng)子單元中第一低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)管的基極和所在行中任意一個(gè)與門電路的第一輸入端相連接；所述任意一個(gè)列NPN三極管的基極分別與所在列中任意一個(gè)與門電路的第二輸入端相連接，任意一個(gè)與門電路的輸出端與與其對(duì)應(yīng)的電磁感應(yīng)子單元中第二低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)管的基極相連接；

所述N個(gè)列NPN三極管的集電極相互連接后分別與穩(wěn)壓電路的輸出端和采樣電路的輸入端相連接。

所述的諧振采樣電路包括多個(gè)電容和低阻開(kāi)關(guān)，其中第一電容一端與穩(wěn)壓電源輸出端相連，另一端接地，其余電容一端也與穩(wěn)壓電源輸出端相連，其余電容的另一端通過(guò)低阻開(kāi)關(guān)接地。

所述的低阻開(kāi)關(guān)，采用雙路低導(dǎo)通電阻模擬開(kāi)關(guān)器件MAX4608。

所述的諧振采樣電路中電容為獨(dú)石電容。

所述的電感線圈采用螺旋管電感線圈。

所述的濾波與調(diào)理電路包括運(yùn)算放大器LM358D以及由第一、第二、第三電阻、第一、第二電容組成的外部基準(zhǔn)電路組成。

所述的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用AD9223搭配外部基準(zhǔn)電路組成高速采樣電路。

所述的陣列掃描與采集控制器采用STM32F104，運(yùn)算速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9223的采樣速率。

本發(fā)明通過(guò)被動(dòng)式陣列磁感應(yīng)天線裝置作為輸電線路的位置與距離的感知和檢測(cè)裝置，實(shí)時(shí)感知輸電線的存在與否，同時(shí)通過(guò)感知飛行器相對(duì)輸電線的距離信息和位置角度信息，為后續(xù)信號(hào)處理電路對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行調(diào)整提供判別依據(jù)。而且能夠靈活通過(guò)設(shè)定陣列掃描與采集控制系統(tǒng)根據(jù)需要控制被動(dòng)式陣列磁感應(yīng)天線裝置進(jìn)行不同模式的掃描，從而實(shí)現(xiàn)快速掃描驅(qū)動(dòng)和信號(hào)采集，并將信息傳輸給后面的姿態(tài)與數(shù)據(jù)處理器。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的電路原理框圖；

圖2為本發(fā)明所述被動(dòng)式陣列磁感應(yīng)天線裝置的電路原理圖；

圖3為本發(fā)明所述單個(gè)電磁感應(yīng)子單元的局部接線示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1、2和3所示，本發(fā)明包括包括設(shè)置在無(wú)人機(jī)機(jī)頭用于采集電磁感應(yīng)的被動(dòng)式陣列磁感應(yīng)天線裝置和設(shè)置在無(wú)人機(jī)機(jī)身內(nèi)部的用于對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行分析處理的信號(hào)處理控制系統(tǒng)，所述的信號(hào)處理控制系統(tǒng)包括濾波調(diào)理電路、外部基準(zhǔn)電路、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器、陣列掃描與采集控制器和DIP開(kāi)關(guān)，所述被動(dòng)式陣列磁感應(yīng)天線裝置的輸出端連接濾波調(diào)理電路輸入端，濾波調(diào)理電路的輸出端通過(guò)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接陣列掃描與采集控制器的輸入端，DIP開(kāi)關(guān)與外部基準(zhǔn)電路的輸出端也與高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接陣列掃描與采集控制器的輸入端，陣列掃描與采集控制器的輸出端連接被動(dòng)式陣列磁感應(yīng)天線裝置的輸入端。

所述的被動(dòng)式陣列磁感應(yīng)天線裝置包括基板，基板上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電路、穩(wěn)壓電路、諧振采樣電路和多個(gè)磁感應(yīng)子單元，所述多個(gè)電磁感應(yīng)子單元陣列均勻設(shè)置，記為M*N列矩陣，則驅(qū)動(dòng)電路包括行總驅(qū)動(dòng)電路、M路行驅(qū)動(dòng)電路、N路列驅(qū)動(dòng)電路和M*N個(gè)與門電路，磁感應(yīng)子單元與與門電路一一對(duì)應(yīng)；所述的行總驅(qū)動(dòng)電路、M路行驅(qū)動(dòng)電路和N路驅(qū)動(dòng)電路均為NPN三極管，每一行所在的電磁感應(yīng)子單元對(duì)應(yīng)一個(gè)行NPN三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，每一列所在的電磁感應(yīng)子單元對(duì)應(yīng)一個(gè)列NPN三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，行總驅(qū)動(dòng)電路為一個(gè)行總驅(qū)動(dòng)NPN三極管；所述的電磁感應(yīng)子單元包括有一對(duì)電感線圈、第一低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)管和第二低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)管，所述的一對(duì)電感線圈由兩個(gè)正交分布的電感串聯(lián)組成，所述一對(duì)電感線圈的一端連接第二低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)管的集電極，第一低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)管發(fā)射極同時(shí)連接第二低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極；

所述任意一個(gè)在同一行電磁感應(yīng)子單元中第二低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極均與所在行對(duì)應(yīng)行NPN三極管的集電極相連接；其中M-1個(gè)行NPN三極管的發(fā)射極均與行總驅(qū)動(dòng)NPN三極管的集電極相連接，剩余一個(gè)行NPN三極管的發(fā)射極與行總驅(qū)動(dòng)NPN三極管的發(fā)射極相連接，行總驅(qū)動(dòng)NPN三極管的發(fā)射極接地連接，所述M個(gè)行NPN三極管和行總驅(qū)動(dòng)NPN三極管的基極均為驅(qū)動(dòng)電路輸入端；

所述任意一個(gè)在同一列電磁感應(yīng)子單元中第一低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極均與所在列對(duì)應(yīng)列NPN三極管的發(fā)射極相連接，同時(shí)由下到上，下方電磁感應(yīng)子單元中一對(duì)電感線圈的另一端與與其相鄰的上方電磁感應(yīng)子單元中第二低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極相連，同一列最上方的電磁感應(yīng)子單元中一對(duì)電感線圈的另一端與所在列對(duì)應(yīng)列NPN三極管的發(fā)射極相連接；

所述任意一個(gè)行NPN三極管的基極同時(shí)與所在行中任意一個(gè)電磁感應(yīng)子單元中第一低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)管的基極和所在行中任意一個(gè)與門電路的第一輸入端相連接；所述任意一個(gè)列NPN三極管的基極分別與所在列中任意一個(gè)與門電路的第二輸入端相連接，任意一個(gè)與門電路的輸出端與與其對(duì)應(yīng)的電磁感應(yīng)子單元中第二低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)管的基極相連接；

所述N個(gè)列NPN三極管的集電極相互連接后分別與穩(wěn)壓電路的輸出端和采樣電路的輸入端相連接。

所述的電感線圈采用螺旋管電感線圈。

所述的濾波與調(diào)理電路包括運(yùn)算放大器LM358D以及由第一、第二、第三電阻、第一、第二電容組成的外部基準(zhǔn)電路組成。

所述的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用AD9223搭配外部基準(zhǔn)電路組成高速采樣電路。

所述的陣列掃描與采集控制器采用STM32F104，運(yùn)算速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9223的采樣速率。陣列掃描與采集控制系統(tǒng)依照DIP開(kāi)關(guān)的預(yù)先設(shè)定(也可由軟件控制實(shí)現(xiàn))，可以工作于逐點(diǎn)掃描采集、逐列掃描采集、逐行掃描采集等工作模式。

傳感陣列裝置作為輸電線周圍磁場(chǎng)信息探測(cè)、檢測(cè)環(huán)節(jié)，由掃描采集控制環(huán)節(jié)控制，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)分布狀態(tài)與強(qiáng)度信息的采集，再由后續(xù)數(shù)據(jù)信號(hào)處理環(huán)節(jié)解算出被探測(cè)目標(biāo)(高壓輸電線路)的位置、距離等信息。

所述的諧振采樣電路包括多個(gè)電容和低阻開(kāi)關(guān)，其中第一電容一端與穩(wěn)壓電源輸出端相連，另一端接地，其余電容一端也與穩(wěn)壓電源輸出端相連，其余電容的另一端通過(guò)低阻開(kāi)關(guān)接地。所述的諧振采樣電路中電容為獨(dú)石電容。所述的低阻開(kāi)關(guān)，采用雙路低導(dǎo)通電阻模擬開(kāi)關(guān)器件MAX4608。諧振采樣電路中第一電容C₃一端與穩(wěn)壓電源輸出端相連，另一端接地，第二電容C₄和第三電容C₅電容一端也與穩(wěn)壓電源輸出端相連，另一端通過(guò)低阻開(kāi)關(guān)接地。

實(shí)際工作中，采用不同掃描采集工作模式，對(duì)應(yīng)了后續(xù)采樣電路的匹配與數(shù)據(jù)處理，主要是匹配諧振電路的等效性(不同工作方式，匹配不同的諧振等效電容)。被選通的電磁感應(yīng)線圈和諧振采樣電路組成諧振信號(hào)采樣電路，采集到的電磁感應(yīng)信號(hào)經(jīng)濾波調(diào)理電路處理后，由高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器以高于50HZ一個(gè)數(shù)量級(jí)以上的頻率，對(duì)其進(jìn)行高頻采樣，并實(shí)時(shí)傳送給陣列掃描與采集控制器。

陣列掃描與采集控制器對(duì)某單元采樣一組數(shù)據(jù)，采集第一個(gè)數(shù)據(jù)并判斷是否為極值點(diǎn)或零點(diǎn)，然后采集第二個(gè)數(shù)據(jù)并判斷是否為極值點(diǎn)或零點(diǎn)，依次類推直到找到極值點(diǎn)或零點(diǎn)，然后按照設(shè)計(jì)的算法進(jìn)行幅值的判別、計(jì)算、存儲(chǔ)等操作，對(duì)于一個(gè)單元該過(guò)程總耗時(shí)不會(huì)超過(guò)周期信號(hào)的四分之一周期，由此可將50HZ交流信號(hào)每單周期的幅值采樣時(shí)間縮短至小于5ms。然后以極值點(diǎn)或零點(diǎn)為時(shí)間標(biāo)記啟動(dòng)下一單元數(shù)據(jù)組采樣，依次類推完成所有單元的掃描與采集。

被選通單元的電磁感應(yīng)線圈和諧振采樣電路組成諧振信號(hào)采樣電路，采集到的電磁感應(yīng)信號(hào)經(jīng)濾波調(diào)理電路處理后，由高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器以高于被測(cè)量喜歡頻率一個(gè)數(shù)量級(jí)以上的速率，對(duì)其進(jìn)行高頻采樣，并實(shí)時(shí)傳送給陣列掃描與采集控制器。

本發(fā)明通過(guò)非限定性的舉例對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方法作進(jìn)一步說(shuō)明。高壓輸電線路通常沿與地面平行方向架空敷設(shè)，依據(jù)電壓等級(jí)不同線路與地面的距離是固定的某確定值(斜坡、丘陵地帶也是如此)，本發(fā)明針對(duì)被動(dòng)式陣列磁感應(yīng)天線裝置采用10×10矩陣陣列，陣列掃描與采集控制系統(tǒng)陣列掃描與采集控制器控制列驅(qū)動(dòng)電路和行驅(qū)動(dòng)電路，可以按照設(shè)定順序依次選通10×10矩陣諸單元。

被選通單元的電磁感應(yīng)線圈與諧振和采樣電路組成諧振信號(hào)采樣電路，采集到的電磁感應(yīng)信號(hào)經(jīng)濾波調(diào)理電路處理后，由高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器以高于被測(cè)量信號(hào)頻率一個(gè)數(shù)量級(jí)以上的速率，對(duì)其進(jìn)行高頻采樣，并實(shí)時(shí)傳送給陣列掃描與采集控制器。陣列掃描與采集控制器對(duì)每一單元采樣一組數(shù)據(jù)，采集第一個(gè)數(shù)據(jù)并判斷是否為極值點(diǎn)或零點(diǎn)，然后采集第二個(gè)數(shù)據(jù)并判斷是否為極值點(diǎn)或零點(diǎn)，依次類推直到找到極值點(diǎn)或零點(diǎn)，然后按照設(shè)計(jì)的算法進(jìn)行幅值的判別、計(jì)算、存儲(chǔ)等操作，對(duì)于一個(gè)單元該過(guò)程總耗時(shí)不會(huì)超過(guò)周期信號(hào)的四分之一周期，由此可將50HZ交流信號(hào)每單周期的幅值采樣時(shí)間縮短至小于5ms。然后以極值點(diǎn)或零點(diǎn)為時(shí)間標(biāo)記啟動(dòng)下一單元數(shù)據(jù)組采樣，依次類推完成所有單元的掃描與采集。每單元選通、采樣、幅值判別處理與存儲(chǔ)后，依次進(jìn)行下一單元的重復(fù)操作，直至完成全部單元的操作，此為一個(gè)完整的掃描采樣周期。傳感陣列組件在陣列掃描與采集控制系統(tǒng)的控制下，按照上述過(guò)程循環(huán)往復(fù)的持續(xù)工作。

按照設(shè)定的工作方式(可通過(guò)DIP開(kāi)關(guān)撥碼選擇)，輸出列驅(qū)動(dòng)、行驅(qū)動(dòng)信號(hào)，依次選通某磁感應(yīng)單并元與諧振電容C(不同的的工作方式，該值不同)組成諧振選頻電路，諧振電路輸出的采樣信號(hào)經(jīng)由濾波調(diào)理電路初步出理，由高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行高速采集和轉(zhuǎn)換，高速轉(zhuǎn)換頻率遠(yuǎn)高于輸電線路交流電的50H_Z，為后續(xù)的倍頻數(shù)據(jù)處理奠定硬件基礎(chǔ)。陣列掃描與采集控制器除負(fù)責(zé)按時(shí)間順序輸出列、行驅(qū)動(dòng)選通信號(hào)外，在每個(gè)單元的采樣時(shí)段內(nèi)，還要進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)的數(shù)值濾波、過(guò)零判別、幅值提取、存儲(chǔ)操作，并在全部單元n×m個(gè)完成掃描和采樣后，將數(shù)據(jù)組通過(guò)高速數(shù)據(jù)口傳輸給姿態(tài)與數(shù)據(jù)處理器，然后重復(fù)下一周期的掃描、采樣、處理、傳輸操作，循環(huán)往復(fù)以致無(wú)窮。

以下將對(duì)本發(fā)明的優(yōu)先實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)先實(shí)施例僅為了說(shuō)明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。一種陣列掃描與采集控制系統(tǒng)由濾波調(diào)理電路、外部基準(zhǔn)電路、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器、陣列掃描與采集控制器和DIP開(kāi)關(guān)組成，對(duì)10×10矩陣型電磁場(chǎng)傳感陣列進(jìn)行掃描驅(qū)動(dòng)與信號(hào)采樣控制。列驅(qū)動(dòng)10路，高電平有效；行驅(qū)動(dòng)10路，高電平有效；行控制1路，低電平導(dǎo)通，高電平截止。依據(jù)列、行信號(hào)有效的組合，可產(chǎn)生逐點(diǎn)掃描、逐列掃描、逐行掃描和面掃描。

所述10×10矩陣型電磁場(chǎng)傳感陣列有100個(gè)磁感應(yīng)單元按照10行、10列分布，

本發(fā)明的磁感應(yīng)單元，每個(gè)磁感應(yīng)單元由2個(gè)電感線圈和2個(gè)低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)管組成，兩個(gè)電感量L₁＝L₂＝50mH、外形9×12mm的線圈分別安裝在電路板的正反面，成正交分布。列驅(qū)動(dòng)和行驅(qū)動(dòng)有效時(shí)(高電平)，對(duì)應(yīng)單元的電感被選通(L₁和L₂)，與諧振電容C組成并聯(lián)諧振采樣電路，在低導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān)管的控制下掃描和采樣工作模式不同，對(duì)應(yīng)C的取值不同，工作于逐列掃描采集模式C＝C₃、逐點(diǎn)掃描采集模式C是C₃和C₄的并聯(lián)、逐行掃描采集模式C是C₃和C₄及C₅三者并聯(lián)，諧振采樣電路對(duì)磁感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行采集。與此同時(shí)，Q₃處于截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)列驅(qū)動(dòng)有效而行驅(qū)動(dòng)無(wú)效時(shí)，Q₃處于導(dǎo)通狀態(tài)而將本單元的電感短路，此時(shí)處于同列其它行(非本行)單元的采樣時(shí)段。其中第i行、第j列的單元電路如圖3所示。需要說(shuō)明的是，為了便于描述單元電路的特點(diǎn)與工作原理，對(duì)本單元周邊的電路做了簡(jiǎn)化或等效處理。概括的描述，本發(fā)明中單元電路與外部的連接信號(hào)有六類九處：

A點(diǎn)，接列控制信號(hào)L_j，高電平有效，Q_Lj導(dǎo)通，選通該列；反之Q_Lj截止。

B、C點(diǎn)，C接下一列對(duì)應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)管，B接列上一列對(duì)應(yīng)的列驅(qū)動(dòng)管直到諧振采樣電路，各列是并聯(lián)關(guān)系。BC通道也稱為列選擇通道。

D點(diǎn)，接行控制信號(hào)H_i，高電平有效，Q_Hi導(dǎo)通，選通該行，通過(guò)行控制管Q_H10接地(逐點(diǎn)掃描和逐行掃描工作模式時(shí)，H₁₀為低電平，行控制管Q_H10導(dǎo)通)，或通過(guò)Q_H9接地(逐列掃描和面掃描工作模式時(shí)，H₁₀為高電平，Q_H10截止；而此時(shí)H₁₀為高電平，Q_H9導(dǎo)通，各列的串聯(lián)信號(hào)經(jīng)Q_H9接地)。

E點(diǎn)，接行控制管Q_H10(除最后行外)后到地。逐點(diǎn)掃描和逐行掃描工作模式時(shí)，Q_H10導(dǎo)通；逐列掃描和面掃描工作模式時(shí)，Q_H10截止。

F點(diǎn)，接下一行對(duì)應(yīng)的與門。

G點(diǎn)，接下一行對(duì)應(yīng)的電感。

K點(diǎn)，為0～9個(gè)信號(hào)，逐行信號(hào)數(shù)量遞減，每個(gè)信號(hào)連接本列后面各單元的短接管Q_ij’。

S點(diǎn)，接前一列的行選擇通道，由行驅(qū)動(dòng)管Q_Hi控制該通道與地線的“通”與“斷”。

L，單元電感，由兩個(gè)電感L₁和L₂串聯(lián)組成，取L₁＝L₂，采用9X12-50MH電感(定制)。

濾波與調(diào)理電路，運(yùn)算放大器、R、R₁、R₂、C組成二階低通濾波、放大電路，高速采樣環(huán)節(jié)由高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9223和外部基準(zhǔn)電路組成。AD9223是12位、單點(diǎn)源供電轉(zhuǎn)換器，采樣速率1.5MSPS、3.0MSPS、10MSPS可選，本應(yīng)用設(shè)定為(周期為0.0015ms)。

陣列掃描與采集控制器采用STM32F104，主頻72M，指令平均執(zhí)行速度是1.25MIPS/Mhz(STM32有三級(jí)流水線，指令周期不定的，arm給出的是1.25MIPS/Mhz，一個(gè)平均執(zhí)行速度。)，所以平均一條指令的執(zhí)行周期是1/(72×1.25M)＝0.011μs，完全滿足高速數(shù)據(jù)采集與處理的要求。由于STM32F104的運(yùn)算速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于AD9223的采樣速率，所以，陣列掃描與采集控制器對(duì)每一單元采樣一組數(shù)據(jù)的時(shí)間T_x，主要取決于AD9223的采樣速率。

以逐點(diǎn)掃描采集工作方式為例，本發(fā)明的分析計(jì)算過(guò)程如下：

陣列掃描與采集控制器(后面簡(jiǎn)稱：控制器)發(fā)出指令，啟動(dòng)某循環(huán)單元1～單元100的掃描驅(qū)動(dòng)與采集，循環(huán)周期為T；

每單元幅值采集處理時(shí)間記為T_x(x＝1,2,3,…,100)，按照普通的方法，對(duì)50H_Z交流信號(hào)的幅值采樣需要在不少于一個(gè)周期(20ms)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行一定間隔的連續(xù)采樣，采樣持續(xù)時(shí)間不得少于被測(cè)信號(hào)的一個(gè)周期，獲取一組采樣值，從中比較、篩選出最大值作為幅值信號(hào)，如此方法獲取一個(gè)單元的幅值信號(hào)的時(shí)間不會(huì)低于20ms，完成100個(gè)單元的幅值采集處理時(shí)間不會(huì)少于2s，速度太慢，應(yīng)用受限。

本發(fā)明采用方法是：從單元采樣起始，控制器控制AD9223按照1.5MSPS采樣速率(周期為0.667μs)，連續(xù)采樣并傳輸10個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，10個(gè)數(shù)據(jù)組成一個(gè)數(shù)據(jù)幀，然后控制器對(duì)獲取的10個(gè)數(shù)據(jù)(一幀)進(jìn)行數(shù)字濾波、閾值比對(duì)、極值點(diǎn)和零點(diǎn)(統(tǒng)稱：極值)判斷處理，如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)極值點(diǎn)或零點(diǎn)，則重復(fù)進(jìn)行下一數(shù)據(jù)幀的采樣傳輸；否則，經(jīng)條件確認(rèn)后(找到極值點(diǎn)或零點(diǎn))停止下一個(gè)數(shù)據(jù)幀采集傳輸，轉(zhuǎn)而執(zhí)行50H_Z交流信號(hào)的幅值計(jì)算處理，這種根據(jù)極值點(diǎn)或零點(diǎn)，對(duì)固定頻率信號(hào)采用查表計(jì)算法，至此本單元的掃描采集完成，轉(zhuǎn)而順序進(jìn)行下一單元的掃描采集。由于AD9223的采樣周期和STM32F104指令周期遠(yuǎn)小于50H_Z交流信號(hào)20ms，低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，在交流信號(hào)1/4周期5ms內(nèi)可采集多于700個(gè)數(shù)據(jù)幀(也就是說(shuō)對(duì)于1/4周期的信號(hào)可以等間隔或不等間隔的采集700多個(gè)點(diǎn))，足于保正極值點(diǎn)和零點(diǎn)的識(shí)別與幅值計(jì)算的精度要求，

工作方式控制：