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相控型高能聚焦超声的智能控制关键技术研究

陈冬  
【摘要】:现今超声在许多方面都有很重要的应用。超声波是机械振动在空间中的传播,在超声应用中超声波既可以作为一种探测媒介又可以作为传输的能量。作为信息的载体,超声波技术已经广泛应用于水下通讯定位、地下资源的勘察、工业检查和控制、医学诊断和物质结构研究等方面;作为一种能量的传输,超声波技术又在工业加工处理、加速化学反应、超声治疗、细胞粉碎和大分子切割等方面取得重要的应用。本文从超声在临床治疗的应用方向出发,对相控聚焦超声相关内容进行研究分析和设计。 对超声换能器进行数学建模的基础上,仿真分析了凹球面超声换能器和矩形平面超声换能器的声场分布,并概括了它们的声场分布特点,为换能器阵列的阵元选型奠定了基础。 从超声相控角度出发,阐述了超声相控的原理、超声相控延时值的计算方法和超声换能器阵列的关键参数选择,最终通过对比不同的阵列参数对换能器阵列聚焦声场的影响,确定了合适的阵列参数,为后续的相控信号发射系统确定了实物模型。 最后,在FPGA平台上实现了相控控制信号的发生系统。该系统通过直接数字频率合成方法生成换能器的驱动信号,通过精确延时模块控制信号发生系统的发射延时;在Signal Tap II中对发生的信号进行观察和采样,采样结果表明了该系统能够达到相控信号发射的要求。 本文对相控聚焦功率超声在临床应用方面做了有益的探索,为实际应用做了理论铺垫。


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