超声相控阵聚焦系统的设计及实现

《超声相控阵聚焦系统的设计及实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、资助项目：国家自然科学基金仪器专项（编号：61671322）天津市自然科学基金仪器专项（编号：16JCYBJC18600）超声相控阵聚焦系统的设计及实现DesignandRealizationofUltrasonicPhasedArrayFocusingSystem工程领域：控制工程作者姓名：朱凯指导教师：许燕斌副教授企业导师：沙洪研究员天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年十一月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成杲,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书

2、而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名:%I山字跚H月日袈砰叼学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名:钐扛吆′L」导师签名:屁亻叭签字日期:∞冂年丨丨月日签字日期g冫″月叼'7年7日中文摘要声电调制是基于聚焦超声引起局部区域内微小弹性形变，导致电导

3、率变化。而被测介质的有效快速扫描聚焦是声电调制的基础，是提高图像重建质量的关键，聚焦精度和聚焦参数直接影响最终重建图像的精度。超声相控阵通过控制阵列换能器中各个阵元激励脉冲的时间延迟，改变由各个阵元发射声波到达物体内的某点的相位关系，实现聚焦点和声束方位的变化，实现波束合成。采用阵列结构，免去移动探头的定位扫描机构，使系统更简化，可靠性强，但仍旧具有高分辨率和高信噪比。超声相控阵组合波的波幅会比单个波的波幅高出很多，能够提高超声的聚焦特性，降低声电信号的提取难度。课题主要以超声调制的电阻抗层析成像技术为背景，在针对超声相控阵声束的聚焦特性分析的基础上，搭建了用于声电成像的超声相控阵聚焦系统的硬

4、件平台。具体工作可以归纳为以下几方面：（1）对相控阵声束的聚焦特性分析研究。分析了焦点的几何特征，包括焦点深度和焦斑大小两个指标，各个参数对其的影响，通过优化各个参数提高聚焦扫描的空间分辨率。分析了焦点覆盖的可行性。结果表明焦点覆盖可以优化声束，消除扫描盲区，提高在生物组织聚焦的精确度和准确度。通过声场模型的仿真验证了理论分析结果。（2）对单通道超声发射系统的深入研究的基础上，设计了16通道超声相控阵硬件系统，完成了各功能模块的设计，参数设计，系统控制结构设计。基于已经完成的电路板以及设计的控制程序对整个聚焦系统进行了调试，并采集数据，最后对水听器实测的声压数据结果进行了详细的分析验证了系统功

5、能。关键词：声电成像；相控阵；聚焦；聚焦特性；FPGAIABSTRACTAcoustoelectricmodulationisbasedontheacoustoelectriceffectthatthefocusedultrasoundcausesmallelasticdeformationinlocalarea,leadingtochangesinconductivity.Theeffectivefastscanningoffocusedultrasoundonthemeasuredmediumisthebasisoftheacoustoelectricmodulation,whichist

6、hekeytoimprovethequalityofimagereconstruction.Thefocusingprecisionandfocusingparametersdirectlyaffecttheaccuracyofthefinalreconstructedimage.Ultrasonicphasedarraychangesoundwavessendingfromeachelementtoreachapointintheobjectbycontrollingtheexcitationpulsetimedelayofeachelementinarraytransducer,toach

7、ievechangesofthefocusandbeamazimuth,thenfinallyachievebeamsynthesis.Ultrasonicphasedarrayusethearraystructurewithouttheneedtomovethepositionoftheprobescanningmechanism,sothesystemismoresimplifiedandre