脈沖控制與產(chǎn)生電路.pptVIP

1,陣元：組成線陣的電器切換的基本單元，幾十至幾百個(gè)。 相鄰陣元中心距mm 陣元越多掃查線數(shù)越多圖像越好。 振元：獨(dú)立振動的小晶體。幾個(gè)振元電氣連成一個(gè)陣元， 以減小旁瓣。 多陣元組合工作：發(fā)射和接收時(shí)，用相鄰的一組陣元同 時(shí)工作，工作孔徑相對較大。,超聲波束的聚焦、發(fā)射與控制 第一節(jié) 對線陣探頭實(shí)施多陣元 組合工作的原因,2,多陣元組合工作的意義：,1.減小波束擴(kuò)散角，提高遠(yuǎn)場分辨力。 對于圓形換能器，其半擴(kuò)散角 0sin-1(0.61/a)sin-1(1.22/D) D0 對于矩形振元，有相似的結(jié)論。,3,2.延長近場區(qū)長度。而近場聲束不擴(kuò)散，故分辨力好。 對于圓形換能器，近場距離 r02/D2/4 D r0 對于矩形振元，有相似的結(jié)論。 當(dāng)然，D使近場變粗，這可用可變孔徑技術(shù)來克服。,4,3提高發(fā)射功率和接收靈敏度。 4便于實(shí)現(xiàn)電子聚焦(以致動態(tài)聚焦)，改善分辨力。 5可增加掃查線，改善象質(zhì)。,5,對陣元不同順序的分組，可形成不同的掃查方式。 一、組合順序掃描 若4個(gè)陣元組合工作，次序?yàn)椋?14，25，36，47，,第二節(jié) 超聲波束的掃描,6,性能指標(biāo)：,掃查線總數(shù)： Nn-m+1 N 掃查線總數(shù) n 陣元總數(shù) m每組工作的陣元數(shù) 掃線間距： dd d掃線間距 d相鄰陣元中心距,7,二、組合間隔掃描,1. d/2間隔掃描 可得： N2(n-m+1）， dd/2 掃線總數(shù)是組合順序掃描的2倍，象質(zhì)提高。,8,9,2. d/4間隔掃描,可得： N4(n-m+1）， dd/4 掃線總數(shù)是組合順序掃描的4倍，象質(zhì)進(jìn)一步提高。,10,11,12,13,三、微角掃描,如同電視機(jī)的隔行掃描，將一幀圖象分為奇、偶兩場。 特點(diǎn)： 掃線比普通掃描增加一倍。 圖象有微小位置誤差。 超聲探查，掃查聲線不平行， 圖象顯示，掃描光柵平行。 但因是“微角”，這種誤差很小。,14,波束控制方法,切換并采用相控技術(shù) 工作時(shí)： 奇數(shù)場聲線偏向， 偶數(shù)場聲線偏向。 同時(shí)： 施加電子聚焦延時(shí)。 波束： 線掃微偏聚焦,15,超聲聚焦：使超聲束在一定深度內(nèi)會聚，改善分辨力(穿透力和回波強(qiáng)度）。 分類： 聲學(xué)聚焦，電子聚焦。 一、聲學(xué)聚焦（幾何聚焦，機(jī)械聚焦） 1. 聲透鏡聚焦 利用聲傳播的折射原理進(jìn)行聚焦。 若：C1透鏡介質(zhì)聲速， C2被測介質(zhì)聲速，則： 當(dāng)C1C2時(shí)，凹形聲透鏡有會聚作用； 當(dāng)C1C2時(shí)，凸形聲透鏡有會聚作用。 焦距F與曲率半徑R成正比，與C1/C2成反比。,第三節(jié) 聲束的聚焦,16,示意圖如下：,厚度：聲透鏡中心部位厚度取/2可有最大透射率； 匹配：為防止反射，一般需采用匹配層。 材料：通常為環(huán)氧樹脂、丙稀樹脂與其它成分復(fù)合。,17,2. 聲反射鏡聚焦,用凹面的聲反射鏡，當(dāng)鏡面曲率和聲源離鏡面距離 適當(dāng)時(shí)，即具有聚焦作用。 利用了聲傳播的反射定律。 3. 凹面振子聚焦 振子做成凹面，焦距F等于其曲率半徑R。 效果好，但工藝復(fù)雜。,18,二、電子聚焦,原理： 用一組相鄰陣元組合工作： 發(fā)射時(shí)： 各陣元的激勵信號相位按二次曲線變化，使發(fā)射超聲經(jīng)空間疊加后，合成超聲波束產(chǎn)生會聚。 接收時(shí)： 各陣元的接收信號相位按同樣形式變化，使接收信號經(jīng)電路疊加后，接收靈敏區(qū)域產(chǎn)生會聚。 改變相位二次曲線變化曲率，可改變會聚焦距。 二次曲線常為圓弧線,19,20,21,電子聚焦原理圖解：,無偏向無聚 焦發(fā)射： 各陣元 發(fā)射信號無 相位差。 疊加聲波最 強(qiáng)區(qū)域 同相位波面 密集區(qū)域， 不偏向，不會聚。,22,無偏向有聚 焦發(fā)射：,各陣元的激勵信號相位按二次曲線變化，疊加超聲最 強(qiáng)區(qū)域同相位波面密集區(qū)域，在焦距內(nèi)逐漸會聚，在焦距外逐漸擴(kuò)散。不偏向。,23,無偏向有聚 焦接收：,各陣元的接收信號經(jīng)延遲線，相位按二次曲線變化，使焦點(diǎn)處回波達(dá)到同相位，疊加電路對之有最大輸出。接收靈敏區(qū)域產(chǎn)生會聚。不偏向。,24,發(fā)射聚焦和接收聚焦的異同及連接：,相同： 信號相位二次曲線變化延遲 不同： 發(fā)射聚焦： 超聲空間疊加， 合成超聲聚焦。 接收聚焦： 信號電路疊加， 靈敏范圍聚焦。,25,聚焦延遲線計(jì)算公式：,i號陣元距焦點(diǎn)的聲程(距離)Si： 其中：i=1,2,陣元序號 線陣工作組的陣元數(shù) Lii號陣元距線陣組中心距 F焦距 d相鄰陣元中心距 i號陣元所接延遲線的延時(shí)量i： 其中：c1540m/s 聲速,26,數(shù)值例：,設(shè)：F35mm，d0.5mm，m8，則可求得： S1S835.043723mm 180ns S2S735.022314mm 2713.9ns S3S635.008034mm 3623.17ns S4S535.000893mm 4527.81ns,27,三、延遲線,28,三、延遲線,作用：將信號延遲(輸出相對于輸入有一定延時(shí))。 分類： 模擬延遲線：模擬信號，L+C構(gòu)成，廉,中低檔。 數(shù)字延遲線：數(shù)字信號，A/D+RAM，貴，高檔。 1.模擬延遲線 以分布參數(shù)長線理論設(shè)計(jì)的集中參數(shù)延遲線。 假定電阻小到可以忽略，等效電路如下。,29,有關(guān)參數(shù)關(guān)系：,C中電壓產(chǎn)生電場，L中電流產(chǎn)生磁場。信號的傳播過 程，實(shí)質(zhì)上是電磁波在線路中的傳播。有： 其中：Vc傳播速度，延遲線特性阻抗 當(dāng)=RH與負(fù)載匹配時(shí)，有： tdL/Vc 其中：td延遲時(shí)間，L延遲線長度，RH負(fù)載阻抗 2.可變延遲電路 作用： 延遲量的數(shù)控分級可變。,30,31,實(shí)際電路：,圖中延遲線有7個(gè)抽頭，分別對輸入信號有不同的延時(shí)， 每兩個(gè)相鄰抽頭間的延時(shí)量為10ns。 用多路轉(zhuǎn)換開關(guān)選通輸出。 A、B、C輸入選通控制碼。 選通控制碼與延時(shí)量的關(guān)系如右表。,32,四、動態(tài)電子聚焦,在掃查過程中動態(tài)地改變焦點(diǎn)，使整個(gè)探測深度內(nèi) 波束都有良好的會聚。 1.等聲速動態(tài)電子聚焦 定義： 通過計(jì)算機(jī)控制，以一定的速率改變發(fā)射和接收的延遲時(shí)間，使焦點(diǎn)隨發(fā)射波和接收同步移動，使整個(gè)探測深度都有良好的橫向分辨力。 以超聲在人體中的平均探測速度，在全探測深度區(qū)移動波束焦點(diǎn)。 （實(shí)際上，只能在接收系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)）。 探測速度VD ： 因接收時(shí)，超聲波在人體內(nèi)往返一次，故： VDc/2770m/s0.77m/ms0.77mm/us 即應(yīng)以VD改變延遲線的延時(shí)分布曲率，即焦距。 需要用專用計(jì)算機(jī)進(jìn)行，速度快，且精度要求高。在高檔機(jī)中使用。實(shí)際很少采用。,33,2.分段動態(tài)電子聚焦（非實(shí)時(shí)）,基本原理： 將探測的深度劃分成n段。 (通常：n24且這四個(gè)焦距擬由聚焦延遲時(shí)間關(guān)系和傳播媒質(zhì)中的速度確定)。 發(fā)射： 按近、中、遠(yuǎn)場順序，n個(gè)焦 點(diǎn)，發(fā)射n次。 接收： 每次發(fā)射后接收。但只將本次 發(fā)射焦點(diǎn)附近相應(yīng)的回波數(shù)據(jù)寫 入存儲器。 經(jīng)n次發(fā)射、接收后的數(shù)據(jù)組合，獲得一行所有信息。,34,等效的波束,整個(gè)探測深度內(nèi)都有較高的分辨力。 優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 焦點(diǎn)不多，延時(shí)變化少,速度慢,電路易實(shí)現(xiàn)。 缺點(diǎn)： 一行信息經(jīng)多次發(fā)射、接收，時(shí)間長，使幀頻低。 需對存貯器以“慢入快出”方式寫讀，以穩(wěn)定顯示。,35,五、發(fā)射聚焦電路,1.SSD256型B超儀發(fā)射聚焦電路 SSD256型B超儀的收發(fā)電路共有16路，此為其中一路。 組成：延遲線、多路開關(guān)、鎖存器、驅(qū)動器等。 延遲線分級： DL101：10ns， DL102：80ns。 控制： 聚焦碼A0A5 功能： 多路開關(guān)選 通延遲線抽頭， 得到不同延時(shí)。,36,控制接通關(guān)系,例：某一控制碼為010 011， 高三位010控制IC6，使延遲線DL102的3抽頭輸出， 低三位011控制IC3，使延遲線DL101的4抽頭輸出。 總的延遲時(shí)間為： 802103190ns 改變控制碼A0A5，就能改變總的延遲時(shí)間。,37,2.EUB240型B超儀 發(fā)射聚焦電路,硬件組成： 延遲線：DL1DL5 多路選擇器：IC3IC7 驅(qū)動器：IC1,IC2,IC8 信號： 輸入：DP脈沖 輸出：F0/F5/脈沖 控制碼：FCN0/FCN2/ 電路功能： F0/F5/按二次曲線變 化延遲。 控制碼不同，二次曲線 曲率不同，焦距不同。,38,39,控制碼FCN0-2/與脈沖F0-5/延時(shí)的關(guān)系,當(dāng)使用不同頻率的探頭時(shí)，動態(tài)聚焦的焦點(diǎn)位置不同， 因此所需的延遲時(shí)間變化率也不同。共有8種焦點(diǎn)。,40,脈沖F0-5/與陣元的觸發(fā)關(guān)系,41,可見：,每路脈沖激勵二個(gè)陣元，以F5/為中心。 焦點(diǎn)越遠(yuǎn)，被激勵的陣元越多，即可變孔徑。 每次發(fā)射，各陣元激勵信號相位均按二次曲線變化， 但曲線曲率不同，使焦距不同。 可得如下聚焦效果：,超聲場：聚焦； 不代表扇形掃！,42,作用：對聚焦電路輸出的經(jīng)不同延遲的發(fā)射觸發(fā)脈沖 （例如F0/F5/）的轉(zhuǎn)接、分配，以實(shí)現(xiàn)掃查。 一、SSD256發(fā)射多路轉(zhuǎn)換開關(guān)(簡介） 線陣：共80個(gè)陣元。對應(yīng)80個(gè)發(fā)射脈沖產(chǎn)生器。 組合：每5個(gè)一組，共分成16組，有16個(gè)脈沖分配器，分配16路經(jīng)不同延時(shí)的發(fā)射觸發(fā)脈沖m1-m16。 工作：在多個(gè)控制碼的控制下，每次激勵16個(gè)陣元， 發(fā)射聚焦且?guī)⑵穆暿?，有序推進(jìn)，形成微 角線形掃查。,第四節(jié) 發(fā)射多路轉(zhuǎn)換開關(guān)脈沖分配器,43,44,二、EUB240發(fā)射多路開關(guān) 結(jié)構(gòu)與功能,電路組成； 8選1開關(guān)：IC9IC32 驅(qū)動管：TR112TR116 信號： 輸入：FO/F5/ 輸出：P1P16 控制：TQATQE 電路功能： 將FO/F5/對稱地，選擇 接通P1P16中的12個(gè)。 控制碼不同，選擇不同。,P.58,45,連接特點(diǎn)：,FO/F5/，每個(gè)接4片IC的O/I(圖中Y)。 各片IC的I/O0-7 (圖中D1-8 )接P1-P1616個(gè)發(fā)射脈 沖發(fā)生器。接法不同，有序。 TQATQC接各片IC的A-C。 TQETQD/, TQD接單號IC的E/(圖中G)。TQD0，單號有效。 TQE接雙號IC的E/(圖中G)。TQE0，雙號有效。 幾點(diǎn)說明： 因12個(gè)陣元對稱觸發(fā)，故僅需6個(gè)信號(F0/F5/)。 因?qū)ΨQ觸發(fā)，故不存在偏向。,46,具體分析例：,當(dāng)TQETQA10 000時(shí)： 雙號IC無效，單號IC有效。 多路開關(guān)I/O0(D1)開通。 F0P1，P12； F1P2，P11； F5P6，P7。 當(dāng)TQETQA10 001時(shí)： 雙號IC無效，單號IC有效。 多路開關(guān)I/O1(D2)開通。 F0P2，P13； F1P3，P12； F5P7，P8。,47,控制碼與F0F5的分配輸出關(guān)系,注：HP1HP16P1P6接16個(gè)發(fā)射脈沖發(fā)生器,48,作用：由觸發(fā)脈沖產(chǎn)生對陣元的發(fā)射激勵脈沖。 要求：波形最好是單個(gè)單極性脈沖。 脈幅決定輸出功率（與材料有關(guān)），約100V。 EUB240：125V； SSD256：120V。 脈寬決定軸向分辨力（與工作頻率有關(guān)）。,第五節(jié) 發(fā)射脈沖產(chǎn)生電路,觸發(fā)脈沖 (Fi /),材料壓電應(yīng)力系數(shù)e越大，越能用較低的電壓產(chǎn)生較大的聲壓,49,一、EUB240型B超發(fā)射脈沖產(chǎn)生電路, 組成及作用： IC33：驅(qū)動門(與非門)倒相、電平提升。 TR1： 開關(guān)場效應(yīng)管工作狀態(tài)控制。 C17： 儲能電容儲備發(fā)射能量。 D1、D17：隔離二極管接收時(shí)與發(fā)射電路隔離。 L：峰化電感減小C0引起的振蕩，使脈沖變窄。 T：陣元換能。 C0：陣元的靜態(tài)分布電容,50,分布電容,除電容器外，由于電路的分布特點(diǎn)而具有的電容叫分布電容例如線圈的相鄰兩匝之間，兩個(gè)分立的元件之間，兩根相鄰的導(dǎo)線間，一個(gè)元件內(nèi)部的各部分之間，都具有一定的電容它對電路的影響等效于給電路并聯(lián)上一個(gè)電容器，這個(gè)電容值就是分布電容 由于分布電容的數(shù)值一般不大，在低頻交流電路中，分布電容的容抗很大，對電路的影響不大，因此在低額交流電路中，一般可以不考慮分布電容的影響，但對于高額交流電路，分布電容的影響就不能忽略不計(jì)了,51,工作過程：,觸發(fā)脈沖未到前電容C17充電 Fi“1”, Vg 0V, TR1截止，E R1,C17,R221 C17充電 觸發(fā)脈沖到來時(shí)電容C17放電 Fi“0”, Vg12V, TR1導(dǎo)通， C17對T放電，與T諧振產(chǎn)生振蕩： T兩端振蕩電壓，因逆向壓電效應(yīng)使T產(chǎn)生超聲輸出。,Fi,充電,放電振蕩,52,觸發(fā)脈沖后沿結(jié)束后 衰減振蕩,并聯(lián)L，加速C0放電。但L與C0構(gòu)成振蕩回路激起后沿的衰減振蕩。 各點(diǎn)波形見圖。,D1、D17在接收時(shí)，左邊0電位，右邊幾十微V，所以均截止。避免發(fā)射回路對接收的分流。,53,二、SSD256型發(fā)射脈沖產(chǎn)生電路,電路構(gòu)成：,C2、C3旁路電容，隔直作用,54,工作過程,發(fā)射： TX GATE“1”， TR2、TR1截止， 電源120V R3，R2 C1充電 TX GATE“0”， TR2、TR1導(dǎo)通， D1導(dǎo)通，C1對T放電，產(chǎn)生振蕩，發(fā)射超聲波。 D2，D3也可導(dǎo)通，但D4截止，故接收關(guān)閉。 接收： RX GATE“1”，TR3截止，VA-15V,使D4截止。 RX GATE“0”，TR3導(dǎo)通，VA5V, D2，D3，D4導(dǎo)通，接收通道開通。,55,二極管開關(guān)： 用途：脈沖發(fā)生器與陣元之間的轉(zhuǎn)接。 意義：安裝在探頭中，減少主機(jī)與探頭之間的連線。 二極管開關(guān)控制電路： 用途：對二極管開關(guān)的控制。安裝在主機(jī)中。 一、二極管開關(guān)電路 組成： D：開關(guān)二極管 C：隔直電容 R：二極管限流電阻 L：峰化電感 T：振元 D與T一一對應(yīng)，,第六節(jié) 二極管開關(guān)及其控制電路,56,連接：,F輸入，接發(fā)射脈沖產(chǎn)生電路。 H輸出，接接收放大電路。 K輸入，接二極管開關(guān)控制電路。（見下圖) 控制： K-150V時(shí)，D截止(因發(fā)射脈沖-125V)。陣元不通。 K+8V時(shí)，D導(dǎo)通(但發(fā)射脈沖+8V)。陣元可通。,57,連接方式例：,80個(gè)陣元與F、H、K的連接。 （非EUB-240型B超用） F1F15(H1-H15)，15根；K1K16，16根。共31根，連線減少。,58,按表411、表412構(gòu)成的二極管開關(guān)陣列圖,59,二、二極管開關(guān)控制電路,電路組成： IC48：ROM； IC51-IC53：3-8譯碼器； IC54-IC63：與非門； 虛框中：電平轉(zhuǎn)換電路。 輸入輸出： ROM地址：接CPU數(shù)據(jù)總線。 CNT1-CNT19： 接二極管開關(guān)的控制端K。 1ROM 存儲二極管開關(guān)控制程序， 根據(jù)掃描方式而確定其編碼。 由CPU根據(jù)不同時(shí)間寫入控制 字作為讀取地址。,60,2.譯碼電路,型號：74HC138， 引腳功能： G1、G2/使能， A、B、C譯碼