用于医学超声内窥成像的编码激励技术

为了提高医学超声内窥系统中图像的信噪比,将编码激励技术引入超声成像系统.仿真研究了编码长度和换能器相对带宽对成像信噪比（SNR）提升的影响.发现在采用长度较短的2-5位Barker编码激励时,成像信噪比的提升在编码长度为4位时达到峰值,且信噪比的提升随换能器相对带宽的增加而增加.基于超声内窥成像系统的编码激励实验表明,在峰值激励电压为25 V和换能器相对带宽为20%的情况下,采用编码激励技术能够获得1.85 dB的成像信噪比提升.     

超声内窥成像系统与旁瓣抑制

为了提高超声内镜检测系统的成像质量,弥补由前端探头工艺性问题造成的回波小、衰减大的问题,设计了基于编码激励与脉冲压缩技术的超声内镜实时成像系统。该系统主要包括前端探头及驱动单元,数据采集、处理及存储单元,交互接口及显示单元等。为了抑制脉冲压缩的旁瓣效应,分别设计了基于匹配滤波与非匹配滤波理论的三种滤波器并仿真对比其旁瓣抑制效果,得出对于4位Barker码,采用失配滤波方法可以有效抑制旁瓣,其中通过尖峰滤波法压缩后主瓣宽度可达0.2 mm,峰值旁瓣水平可达-55.0 dB的结论。最后,利用自行搭建的超声内镜成像平台对靶线样品进行环扫成像,成像速度25 f/s,图像尺寸1 024 pixels×1 024 pixels,证明了系统可行性的同时验证了以上结论的正确性。     

基于高速A／D卡的全波形采集超声自动检测系统

设计了一种全波形采集超声自动检测系统,实现了A,B,C 3种扫描方式且具有记录被检材料上所有检测点超声A扫描波形的功能,支持材料超声检测、评价技术研究.该系统由高速A/D卡、超声检测仪、自动扫描器、运动控制系统和CSCAN软件等组成,作为核心部件的高速A/D卡选用PCI-9820型,负责从超声检测仪采集A扫描波形信号.自动扫描过程中,A/D卡与超声检测仪、运动控制系统之间通过硬件信号实现同步,使A扫描波形数据的采集与被检材料上声传播的渡越时间、预定测量点位置相对应,采集得到的A扫描波形数据通过A/D卡的板载SDRAM及DMA功能异步传输至计算机内存,并由CSCAN软件进一步实现数据压缩、滤波、存储以及不同方式成像等处理.测试结果证明,该系统运行速度快,成像精度高且性能稳定. 更多还原     

一种基于分数阶傅立叶变换的超声编码激励方法

将编码激励技术应用到医学超声成像系统中,选择和设计合适的发射编码和脉冲压缩方法非常重要.文中提出采用加Tukey窗的Chirp信号作为发射脉冲,同时采用分数阶傅立叶变换的进行脉冲压缩的编码激励方法.将该方法与传统方法进行了比较研究,实验结果表明:文章提出的基于分数阶傅立叶变换的编码激励方法在先验性方面优于传统方法.     

面向医学内窥诊断的数字超声多普勒成像系统

研究基于现场可编程门阵列（FPGA）的超声多普勒内窥成像系统,针对内窥系统超声探头体积小、回波信号微弱的特点,设计了具有较高增益和较低噪声的超声信号前端接收电路.在FPGA中对微弱信号进行全数字化处理,实现了正交解调与频谱分析等功能,系统具有电路匹配性好、信噪比高、处理速度快及体积小等优势;搭建基于多普勒物理模型的实验平台进行实验验证,分析对比不同实验条件下的声谱,验证了系统及信号处理方法的合理性和正确性.     

电磁超声脉冲激励电路的设计

为了解决电磁超声能量转化效率较低、信号微弱的问题,设计了一种电磁超声脉冲激励电路。过零检测电路和单片机实现磁场强度与涡流激发的同步以及脉冲个数的控制;UCC3895芯片产生全桥电路的驱动信号,控制脉冲的频率和占空比;MOSFET管IRFP450构成全桥电路实现信号的功率放大。试验结果表明：该系统的稳定性好,可调节磁场强度,能有效地提高电磁超声能量转化效率。     

编码发射技术在医学高频超声成像中的研究进展

高频超声成像以其高分辨和实时性好等优势成为近年来医学超声成像领域研究的热点。但由于超声的衰减随频率增加呈指数级升高,导致高频超声信号幅值小,图像信噪比低。为了增强高频超声成像的信噪比,近年来编码发射（又称编码激励）技术得到了越来越多的研究和应用。文章对近几年国内外编码发射技术在医学高频超声成像方面的应用和研究进展进行了综述,重点分析了Chirp码、巴克（Barker）码和格雷（Golay）码3种主要编码发射技术在高频超声成像方面应用的优缺点,并综合对比了各种编码发射技术在高频成像方面的应用前景。     

桥式推挽结构超声激励电路性能分析

基于桥式推挽结构,设计了由两路正向单脉冲电压产生双极性电压效果的电路,提高了激励信号的能量,为超声无损检测激励电路的负向耐压低、供电电源复杂等问题提供了解决方案。该方案包括硬件实现和相关实验验证。脉冲回波检测实验结果证明:桥式推挽结构的超声激励可以提高回波的幅度,在相同实验条件下,回波幅度为单极性方波脉冲激励的两倍,等效于双极性方波脉冲激励的效果。该文方法可以提高超声激励电路的性能,为高性能便捷式超声激励系统的设计提供了理论和实验依据。     

基于全聚焦算法的混凝土超声阵列探测成像方法

混凝土结构内含有大量的砂石、骨料以及钢筋,形成多样性的声学界面,超声在混凝土结构中的信号成分复杂,且超声能量易衰减。为了提高混凝土检测分辨率与信噪比,提出基于全聚焦算法的混凝土超声阵列检测方法。首先通过建立混凝土有限元模型,开展混凝土超声阵列仿真研究,模拟一发多收方式依次激励阵列探头,并获得检测信号;然后,为了避免噪声以及相位带来的误差,对检测信号依次进行卷积滤波、波形包络分析及信号锐化处理,获得全矩阵数据;最后,按照全聚焦算法对全矩阵数据进行处理成像,显示模型检测结果。仿真实验结果显示,与合成孔径聚焦算法比较,提出的成像算法可以取得更高的分辨率与信噪比。     

强度超声对斑马鱼胚胎发育的影响

超声波的生物学效应一直深受人们关注,低强度超声对细胞的作用机理也不断地被人们所了解。为了研究超声对斑马鱼胚胎发育的影响,通过声学共振理论以及有限元仿真得到圆球形细胞及椭球形细胞的共振频率,并设计了一种低强度超声装置对斑马鱼胚胎进行刺激。通过正交试验设计研究了超声刺激频率、刺激时间和信号激励电压对鱼卵孵化指数的影响,实验结果表明：在频率为1.26 MHz,刺激时间为30 min,信号激励电压为3 Vpp条件下鱼卵孵化指数明显高于对照组,且最佳刺激频率与仿真计算的结果基本一致。由此可见,本研究前期的理论推导及仿真计算结果可信,也证明了适当条件的超声刺激可以加速斑马鱼胚胎细胞的生长。     

75kW超声波发生器控制信号研究

75kW超声波发生器的控制信号必须满足死区时间稳定,频率可调、稳定,能够间隙激发等要求。采用的是电压驱动型脉宽调制控制芯片TL494CN,其产生方波频率在15~40kHz范围内连续可调,死区时间为3μs。用NE555P产生调制波,该调制波信号与TL494CN产生的频率可调脉冲信号经调制后形成有间隙的方波信号,用于控制功率器件IGBT的驱动电路。从示波器记录的输出波形上可以看出:TL494CN生成的频率可调方波与NE555P产生的调制波经过调制电路后,得到能够间隙发射的控制信号。通过现场试验,该控制信号能够控制IGBT的驱动电路实现大功率超声的激发,且满足大功率超声激发的要求。     

功率超声电源的研制

本文介绍了一种具有无相差频率自动跟踪和输出功率恒定功能的功率超声电源,此电源采用集成锁相环来实现无相差自动频率跟踪,采用ＰＷＭ方式控制ＢＵＣＫ电路的斩波,达到恒功能及功率可调的目的。另外,此电源系统还有电路简单、工作可靠、体积小、重量轻、成本低、实用性强等特点。     

空间离子电推进系统电源处理单元设计

空间电推进电源处理单元是组成电推进系统的关键设备之一,它是多电源组合、输出功率大、电压高及时序控制的复杂电源变换产品。以离子电推进系统配置的电源处理单元为例,叙述了输出功率为1 kW,屏栅电源输出电压达到1 000 V的各功能电源的电路设计,并给出了实验电路的测试结果。     

医学超声内窥成像系统的数字增益补偿

为了补偿医学超声内窥镜中超声信号的传输衰减,设计了由AD8065、AD8331和现场可编程门阵列（FPGA）组成的前置放大与增益补偿电路．电路采用AD8065实现超声换能器与增益补偿电路间的阻抗变换,然后,根据超声信号在人体组织中的衰减规律,由FPGA输出补偿控制电压,控制AD8331实现对回波信号的补偿放大．对实际超声回波进行的补偿实验表明,该电路能够有效地补偿超声信号的传输衰减,而且,利用FPGA的可编程性,该电路可根据不同的衰减曲线进行灵活配置.     

基于动态可变阈值的低功耗单声道气体超声波流量计

为克服气体涡轮流量计存在压损和需定期校准的缺点,研制了耐高压低功耗单声道气体超声波流量计.针对换能器因阻抗不匹配造成的回波信号质量差的问题,分析了回波信号的特征,提出了动态可变阈值和过零检测的数字信号处理方法.该方法可精准定位回波信号特征点.研制了以STM32为核心的低功耗气体超声波流量变送器.变送器采用了新的激励方式...     

基于可编程片上系统的宽频带超声波电源系统设计

针对当前超声波处理装置的频率单一、专机专用等问题,提出了一种基于可编程片上系统(System-On-aProgrammable-Chip,SOPC)的新型宽频带超声波电源系统。该系统基于现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)可编程逻辑及数学运算等方面的优势,移植了NIOS II软核作为主控制器,移相脉宽调制(Phase-Shifted Pulse-Width-Modulation,PS-PWM)用于调频调功,正交相关电路检测输出电压与电流间的相位差。实验结果表明,该方案能在指定带宽范围内(20~40 k Hz)使超声波振子工作状态趋近于谐振状态。     

超声波流量计换能器系统理论分析及应用

为了使超声波流量计能够获得最佳的超声波信号,从理论上分析了超声波流量计的换能器系统,在此基础上提出了用收发电压灵敏度参数来表征换能器系统的综合发射和接收性能。采用等效网络理论,计算了超声波压电换能器的发射特性和接收特性,同时给出了收发电压灵敏度的表达式以及在流量计工作频率下换能器的最优设计准则。应用该准则设计并制作了适用于热量表的超声波换能器。实验结果表明:采用该设计理论研制的换能器系统可以使热量表在工作频率上获得最优的超声波信号,同时也证明了采用该理论设计的超声波流量计换能器系统的有效性。     

基于凹面反射的超声风速测量系统设计与实现

时差法是超声风速风向测量系统的基本方法。在介绍时差测量原理的基础上,分析了系统测量误差的来源;构建了增大测量范围的凹面反射模型;结合该模型,在系统结构、电路系统、控制流程及数据处理算法等方面进行了全面的设计和实现,并制成了原理样机。风洞试验结果表明,凹面反射结构可以增加系统的测量范围,提高大风条件下测量数据的稳定性。原理样机具有体积小、可靠性高、测量范围大的优点,已在风力发电方面获得了实际应用,并取得了较好的应用效果。