Topmetal像素传感芯片在超声成像中的应用研究

【摘要】：超声成像是一门结合众多高新技术的边缘学科。超声成像系统具有显示直观、成本低廉、无创、无痛、方便有效等特点。因此,超声成像系统被广泛应用在医学、探测等领域。就超声成像而言,超声成像系统的分辨率越高,显示的结构就越精细,医学诊断和探测的效率就越高。传统的超声成像系统分辨率较低,成像质量较差,制约了超声成像系统的发展。因此,探索研究具有高空间分辨率的超声成像系统是一项非常重要和具有挑战性的工作。PVDF压电膜具有压电效应,当接收到超声波时,可以将声信号转化为电信号。本实验室自主研发的Topmetal像素传感芯片能收集空间电荷,且具有高空间分辨率、高集成度、小体积、快速响应和低噪声等优点。本文的主要研究目的就是利用PVDF压电膜和Topmetal像素传感芯片探索一新型超声波二维接收器,为高分辨率的超声成像奠定基础。论文的主要研究工作体现在以下两个方面：一、设计制作了基于Topmetal的超声波接收器,并通过钢针实验观测到反映钢针影像的电荷感应信号,首次发现Topmetal像素传感芯片具备电荷感应能力。二、搭建测试分析平台,对基于Topmetal的超声波接收器的噪声、信号和响应线性度等特性进行了测试分析。结果表明,系统噪声是(1.28±0.06)mV,且接收信号与超声强度成线性关系。这些结果对扩大Topmetal传感器的应用范围有积极的促进作用。