功率放大器在電流注入式磁聲成像研究中的應(yīng)用
實(shí)驗(yàn)名稱：功率放大器在電流注入式磁聲成像研究中的應(yīng)用
研究方向：電流注入式磁聲成像
實(shí)驗(yàn)設(shè)備：
ATA-4014高壓功率放大器、ATA-5620前置微小信號放大器、函數(shù)發(fā)生器、超聲傳感器、水浸式探頭、步進(jìn)電機(jī)等。
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：
電流注入式磁聲成像即是利用磁、聲、電相互耦合的原理，通過對組織仿體注入電流檢測超聲信號，并設(shè)計(jì)算法進(jìn)行圖像重建，得到組織仿體內(nèi)部電特性信息。實(shí)驗(yàn)中以圓形銅絲環(huán)作為實(shí)驗(yàn)樣本，銅絲線直徑為0.55mm，銅絲環(huán)外直徑為25.25mm，將銅環(huán)置于水槽中，傳感器與銅絲環(huán)平行放置，同時(shí)在水槽注水直到淹沒銅絲環(huán)和傳感器。
實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖
向被測銅絲環(huán)施加由函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦脈沖激勵(lì)信號，正弦峰峰值為50V，脈寬為1μs，在垂直于電場方向施加穩(wěn)恒磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.4T，傳感器采集電流注入式磁聲耦合產(chǎn)生的超聲信號，為了提高信噪比，對超聲傳感器每個(gè)位置處波形平均512次。實(shí)驗(yàn)中，探頭旋轉(zhuǎn)半徑為68.67mm。
實(shí)驗(yàn)過程：
為在正弦脈沖激勵(lì)下傳感器采集的超聲信號時(shí)域波形。在信號的起始階段有一個(gè)強(qiáng)的窄脈沖，這是由于脈沖電流通過線圈時(shí)產(chǎn)生的脈沖磁場干擾，可在圖像重建時(shí)將其濾除。第一個(gè)峰出現(xiàn)在5806點(diǎn)附近，對應(yīng)于靠近探頭樣本界面產(chǎn)生的聲信號；第二個(gè)峰出現(xiàn)在7526點(diǎn)附近，對應(yīng)于遠(yuǎn)離探頭的樣品界面產(chǎn)生的超聲信號。實(shí)驗(yàn)中信號采樣率為100MHz，相鄰兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.01μs，假定超聲在水中的傳播速度近似看作常數(shù)1.5mm/μs
信號預(yù)處理包括濾除噪聲、濾除磁場干擾信號、歸一化。圖中2000～3500點(diǎn)為超聲探頭自身產(chǎn)生的電磁干擾信號，應(yīng)該摒棄；系統(tǒng)本身還有一些白噪聲，對無激勵(lì)時(shí)的信號求平均，然后信號減去這一平均值，就可以去掉白噪聲。預(yù)處理后的結(jié)果見下圖。
傳感器采集的一個(gè)典型超聲信號時(shí)域波
預(yù)處理后的波形
結(jié)果分析：
把提取到的邊界中的峰值點(diǎn)的位置轉(zhuǎn)換成對應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)，峰1邊界的直徑平均值為26.7993mm，峰2邊界的直徑平均值為25.2920mm，峰3的邊界直徑平均值為23.6432mm。第1過零點(diǎn)邊界的直徑平均值為26.0307mm，第2過零點(diǎn)邊界的直徑平均值為24.4429mm。與實(shí)際樣本銅絲環(huán)比較，其中第2邊界的直徑平均值與銅絲環(huán)內(nèi)外徑的平均值25.25mm很接近。將銅絲環(huán)樣本照片嵌入銅絲環(huán)邊界重建圖中，得到圖中所示結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)銅絲環(huán)基本處于第1過零點(diǎn)邊界和第2過零點(diǎn)之間，銅絲環(huán)中銅絲的中心線基本與峰2邊界重合。所以可以基本確定峰2邊界為銅絲環(huán)中銅絲中心線的位置，第1過零點(diǎn)邊界為銅絲環(huán)外邊界的上限，第2過零點(diǎn)為銅絲環(huán)內(nèi)邊界的下限。
電壓放大器在該實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮的效能：將函數(shù)發(fā)生器中的電壓信號放大
功率放大器ATA-4014參數(shù)指標(biāo)：
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