基于双光波长强度调制频率编码的光声多普勒测流技术

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1、摘要摘要光声多普勒测流技术弥补了其它几种多普勒技术（超声多普勒技术、激光多普勒技术以及光学相干层析多普勒技术）的不足，但目前仅可以提供流速大小和方向信息，还没有得到血氧饱和度的信息。本文提出了一种可判别流动微米颗粒颜色的双光波长强度调制频率编码光声多普勒流速测量方法，有望改变这种状况。为了验证这个方法的可行性，本文设计了一套低流速测量系统，并报道了相关的实验结果。在这种方法中，用两个不同频率的正弦波信号来分别调制波长不同的两个二极管激光的光强，两种波长的激光通过光纤合束器后再经过准直和聚焦照射到微流体的同一点上

2、；流体的流速用恒流泵来控制；激发的超声波信号用聚焦型水浸式超声波换能器来收集，信号经过放大器放大后输入锁相放大器；锁相放大器用来解调光声信号和参考信号，信号收集软件将多普勒时域信号存储在计算机上。对时域信号进行傅里叶变换求出频域功率谱，在功率谱图上的两个不同频率处会分别得到一个峰值。在理想状况下，两个峰的宽度应该很小，但由于各种展宽机制的存在，这两个峰有一定的宽度。有三种展宽机制对最终结果影响最大，他们分别是：换能器的尺寸、光斑的大小、流体在管中的抛物线速度分布，本文会有相应的分析。本文研究表明，直接得到的功率

3、谱信噪比比较低，在整个频宽范围内叠加了波动较大的因噪声引起的信号，导致平均多普勒频移不易得到，因此需要对原始频谱进行信号处理。有的研究小组采用的是高斯拟合，但由于实际测到的谱线有时并不是总是对称的，因此高斯拟合的方法误差较大。本研究中采用了另外一种频谱处理方法：低通滤波，即首先用信号减去测得的噪声，然后通过滤去高频的波动信号，最终得到了较为完美的多普勒频谱曲线。实验中测量了黑色和红色的聚苯乙烯颗粒的各自的光声多普勒功率谱，功率谱两个编码频率处的频率分布反映了相同的流速信息，而两处频谱信号的幅值比例则反映了这两种

4、不同颜色颗粒在两个光波长处的迥然不同的光吸收强度。该方法和系统有望被用来研究血液微循环，通过对血液流速以及血氧饱和I万方数据摘要度的同时测量来获取局部组织的新陈代谢状况，成为一种临床医学手段，应用于相关疾病的诊断。关键词：光声多普勒；双光波长；频率编码；血氧饱和度；低通滤波II万方数据AbstractAbstractPhotoacousticDoppler（PAD）flowmeasurementcompensatesthelimitslyinginotherDopplerflowmeasuringtechnol

5、ogies(suchasultrasonicDopplertechnology、laserDopplertechnologyandopticalcoherencetomographyDopplertechnology).Untilrecently,PADflowmeasurementcanprovideinformationaboutbothflowvelocityandflowdirection,butnotabouttheinformationaboutthebloodoxygensaturation.Th

6、isthesisproposesamethodtodistinguishthedifferentcolorofflowingmicro-particles,whichiscalleddoubleopticalwavelengthsintensitymodulationfrequencyencodedPADflowmeasurement.Inordertovalidatethemethod,alow-flow-measurementsystemisdesignedandaserialofexperimentsar

7、esuccessfullyperformed.Inthestudy,weusetwosinewavesignalswithdifferentfrequenciestomodulatetheintensityoftwolaserdiodes;thetwolightbeamswillpassthroughafiberbeamcombinerandthenarecollimatedandfocusedontotheoverlayingspotintomicro-particlefluid.Fluidvelocityi

8、scontrolledbyaflowpumptomaintainaconstantflow.Theultrasonicsignaliscollectedbyafocusedultrasonictransducerimmersedinthewater.Aftertheamplifier’samplification,thesignalisinputintoalock-inamplifie