抑制宽带双激励换能器发射响应起伏的电学方法

针对双激励宽带换能器发射响应起伏较大的问题,本文提出了在前后压电陶瓷堆分别串联电阻来降低换能器工作频带内的发射电压响应起伏,拓展换能器工作频带的方法.推导了双激励换能器的等效电路,计算了在前后压电陶瓷堆分别串联不同电阻时换能器发射电压响应起伏随频率的变化关系,并通过有限元数值仿真证明,在前后压电陶瓷堆上串联合适的电阻,可以有效降低换能器发射电压响应在工作频带内的起伏.最后制作了工作频带在14~34 kHz的双激励超声换能器,测试了该换能器在串联不同电阻时的发射电压响应随频率的变化关系.实验测试结果表明在前后压电陶瓷堆串联电阻,可以有效地降低换能器的发射响应起伏,换能器在14~34 kHz的工作频带内发射电压响应的起伏由原来的12 dB降低到7.3 dB,换能器工作频带内的发射响应起伏得到明显的改善.研究结果对双激励宽带换能器的设计具有一定的意义.     

基于热吸收分布的热声成像方法研究

注入电流式热声成像是一种电磁场与声场耦合新型成像技术,融合了传统电阻抗成像高对比度和超声成像高分辨率的优势,具有早期诊断的潜力.为了验证该方法在复杂生物组织结构中应用的可行性,本文分析了注入电流式热声成像方法基本理论,将脉冲激励电流注入目标体,在目标体中产生焦耳热,引起热膨胀激发超声波;将热吸收作为热声源,以低电导率的椭圆和长方形目标体为几何模型,进行电磁场和声场耦合分析,得到声源及声压分布;同时,搭建了成像系统实验平台,分别采用不同厚度猪骨质和模拟生物软组织的1 S/m低电导率仿体、新鲜猪肝离体组织嵌入0.5 S/m仿体,将脉宽0.8μs的脉冲激励电流源注入仿体,开展热声实验研究.采用1 MHz中心频率的超声换能器进行声压信号的检测,得到目标体的声压信号及猪肝仿体的B扫图像.研究结果表明:较薄较软的骨头遮挡实验所检测到的声压信号并无明显衰减,尽管硬骨对声信号起到了一定的衰减作用,但依然可以得到较清晰的声压信号,且声压波形均可反映凝胶仿体电导率变化的位置;猪肝仿体实验结果验证了该方法可反映低电导率生物组织电导率变化.该研究证实了该方法用于复杂生物组织成像的可行性,为推动多物理场耦合成像技术应用于人体疾病诊断提供了依据.     

2—2结构压电复合材料的机电耦合系数研究

对２－２结构的压电复合材料提出一种动态模型，求解沿界面传播的平面波，获得这平面波传播的色散曲线。取换能器厚度为半波长或其奇数倍，换能器的谐振，反谐振频率及高次谐振频率的实验值与理论色散曲线相吻合。由动态模型可求得压电复合材料厚度振动的机电耦合系数随两仃材料的宽厚比和体积比的变化。     

换能器焊点对声场分布影响的研究

在换能器设计和生产过程中,焊接点作为电声转换元件实现信号输入输出的接点,它的大小和位置不但会引起换能器的固有频率变化,也会引起换能器的振动变化,从而影响其辐射声波的声场分布。本文选择在聚焦超声换能器辐射面上的固定位置处,添加不同质量的锡丝,构成焊点;然后利用纹影法获取换能器声束聚焦的形态图像,以此分析焊点对声场分布的影响。多组实验表明,随着换能器配重的增加,引起的换能器振动分布越不均匀,其声束聚焦的形态偏离理想形态的程度越严重。     

MRI低噪声前置放大器设计研究

本文研究、设计了一个可用于MRI的低噪声前置放大器．提出了一个3元件的噪声匹配网络方案,用以变换50Q信号源阻抗为FET的最佳源阻抗,以使前置放大器的噪声系数达到最小,并具有可观的增益．实验证明前置放大器输入端在阻抗匹配条件下可获得最大增益但噪声系数不小．用砷化镓场效应管（AsGa-FET）ATF33143作为放大管制作的单级低噪声前置放大器在128MHz（3T）频率上用网络分析仪（HP8712C）测量增益可以达到25dB,用噪声系数分析仪（8970B）测量的噪声系数为0．43dB．     

用PVDF压电传感器对高强度聚焦超声声功率实时监测的实验研究

本实验研究旨在探索一种实时监测高强度聚焦超声(HIFU)声功率的方法.用PVDF压电膜制成传感器,安装在HIFU换能器声场中某一固定位置.换能器工作过程中用示波器检测PVDF压电传感器的电压输出信号.结果显示示波器可稳定检测出PVDF压电传感器的输出电压,该电压正比于换能器的驱动电压.这表明换能器的声功率输出与PVDF压电传感器的电压输出呈正相关关系,证明PVDF压电传感器可用于实时监测HIFU治疗过程中换能器的声功率输出,从而保证HIFU治疗的安全性和有效性.     

便携式生命探测仪的研究

生命的无损检测技术是以人体特性为基础,通过研究电磁波束照射人体而反射信号的波形规律,了解人体受到微动所调制而使得回波信号的某些参数的变化特性,从而提取出人体生命参数。描述了以DSP＆FPGA为核心构造的人体信号的探测装置的研究。通过回波的频率和相位特性分析,确定了生命信号检测系统的最佳参数。在此基础上设计了一套便携式生命探测仪,硬件系统主要由DSP处理器、LCD图形显示器、雷达电磁波单元等组成。软件系统由信号处理算法模块、显示模块、信号发射与接收模块等构成。     

基于FPGA的音频分析系统实现

采用Altera公司的FPGA芯片EP2C20作为控制和运算核心，实现对频率范围在20Hz～20kHz的音频信号分析和测试。采用FFT算法对音频信号进行频谱分析和计算处理，实现失真度分析，并完成信号总功率、各分量频率、周期等参数分析测量。采用TFT-LCD作为显示终端，能够直观显示功率谱曲线和各测试参数值。通过软件分析对比测试发现，该系统实时性强，测量准确度高，误差优于0．3％，可以有效完成音频信号分析和处理。     

基于压缩感知的多角度合成孔径雷达成像

多角度合成孔径雷达（syntheticapertureradar,SAR）成像是实现多SAR信息融合的重要方式．对提高成像分辨率．重构目标轮廓进而提高雷达目标检测或分类性能具有基础性价值．由于各传感器发射信号和测量位置的多样性,实现多角度SAR成像具有挑战性．如何在噪声干扰情况下快速实现多角度SAR成像是一个新问题．本文建立了基于压缩感知的多角度SAR测量模型．通过对测量矩阵的分析,证明多角度SAR测量角度范围、发射信号载频和空间采样位置是影响成像性能的关键因素,研究了目标空间离散间隔对成像质量和分辨率的影响．以上述分析为基础,本文对多角度SAR发射信号载频和测量位置进行设计,构建满足约束等距性的测量矩阵．针对测量矩阵阶次较高的问题,文章提出用分段正交匹配追踪（stagewiseorthogonalmatchingpursuit,STOMP）进行模型求解,在测量矩阵欠定严重的情况下,该算法可以迅速求得模型最优稀疏解．在实验环节．通过分析多角度SAR参数对成像性能的影响,进一步验证了本文结论．实验验证了模型和相应求解算法的有效性和鲁棒性．     

一种新的多极化星载SAR工作方式研究

将多极化星载SAR系统与距离向数字波束形成技术相结合,提出了多极化星载SAR"空分+码分"工作方式.在"空分+码分"工作方式下,发射信号时,在一个脉冲重复周期内首先水平极化天线发射子脉冲,为水平极化的正线性调频斜率线性调频信号,延时一定时间后,垂直极化天线发射子脉冲,为垂直极化的负线性调频斜率线性调频信号,实现码分;接收信号时,方位向和距离向多孔径同时接收,利用距离向数字波束形成分离出前后脉冲所对应的各极化回波分量,实现空分.该系统脉冲重复频率等于单极化SAR系统脉冲重复频率,同时距离向使用数字波束形成技术有效降低了距离模糊.文中分析了主要系统参数,包括脉冲重复频率、孔径间发射脉冲延时、模糊度,并与传统单极化SAR进行了比较.仿真结果表明多极化星载SAR采用"空分+码分"工作方式是可行的,并具有较好的特性.