一種智能水聽器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種智能水聽器，包括水聽器、可變增益放大器、數據采集器、計算裝置以及可編程控制器；其中，所述水聽器的信號輸出端與可變增益放大器的輸入端連接，所述可變增益放大器的輸出端與所述數據采集器的輸入端連接，所述數據采集器的輸出端連接計算裝置，所述計算裝置與所述可編程控制器連接，所述可編程控制器向可變增益放大器輸出控制信號。本實用新型通過可編程控制器控制放大器的放大系數，使放大器輸出信號在規(guī)定的頻率范圍內輸出幅度變化很小，從而提高水聽器線性度。
【專利說明】一種智能水聽器
[0001]【技術領域】
[0002]本實用新型涉及一種超聲設備檢測用高頻超聲水聽器，用于測量超聲頻率大于500KHZ的超聲信號，屬于醫(yī)用超聲檢測設備【技術領域】。
【背景技術】
[0003]眾所周知，醫(yī)用超聲是超聲學在醫(yī)療中的應用，根據其工作原理及特性，主要的應用分為兩大類:
[0004]一、醫(yī)用診斷超聲，即用診斷超聲主要是以低能量形式應用于醫(yī)學領域，以探查和提取人體信息為目的，一般不會在人體組織內產生不可逆轉的生物變化。由于醫(yī)療診斷超聲設備是以探查和提取人體信息為目的，因此為了提高圖像的清晰度，更精確、更清晰的反映組織的情況，現在超聲診斷設備的聲功率越來越大，有的甚至已經到了對人體組織產生生物變化的程度，尤其是對胎兒的影響尤為重大，過大的超聲的效應可能造成胎兒的畸形。診斷超聲的圖像清晰和生物效應成了一對矛盾的主體，既要保證安全，又要達到圖像清晰和生物效應成了一對矛盾的主體，既要保證安全，又要達到圖像的清晰為臨床診斷提供依據，為了保障安全使用超聲診斷設備，行業(yè)內提出了診斷超聲的安全閾值的問題。為此必須對醫(yī)用診斷設備的聲參數進行評價，確保臨床應用中的安全性。
[0005]二、醫(yī)用治療超聲，治療超聲主要是高能量的形式作用于人體，使人體組織發(fā)生某種有利于疾病治療或是身體康復的變化。根據所用超聲強度的不同，治療超聲又可分為理療超聲、熱療超聲和高強度聚焦超聲(HIFU)，特別是HIFU進入體內的能量巨大，可以瞬間使組織發(fā)生不可逆的生物變化。同樣為了保障人體用械安全，治療超聲設備也必須工作在安全閾值范圍內。
[0006]這些安全閥值的測量必須依靠水聽器來實現，目前國外市場上的高頻超聲水聽器生產企業(yè)有美國ONDA公司、丹麥B&K公司和英國精密聲學公司，其采用半導體集成電路生產的真空鍍膜工藝，水聽器的靈敏度在40M頻率范圍內基本在一條直線兩側微小變化，不會出現反向拐點，通常用每50KHz頻率間隔進行校準，數據輸入測量系統(tǒng)，計算機根據不同頻率調用相關數據，換算成聲壓值，可以滿足實際測量的需要，基本原理如圖1所示。國內也有類似產品的制造商，如中科院聲學所、無錫海鷹公司、上海交通大學和中船715所，但靈敏度曲線和國外產品無法相提并論，國內用戶每年采購大量國外水聽器。
[0007]國外傳統(tǒng)的水聽器采用陶瓷和PVDF制造，將接收敏感面做的很小，壓電材料的接收靈敏度很小，在500KHz到40MHz的范圍內得到較好的頻率響應，在小信號的條件下，這種方法可以通過水聽器輸出端加通用放大器，將輸出信號放大，再被數據采集器采集，讀出相應的電壓值，通過校準的靈敏度系數換算成聲壓值。隨著治療超聲技術的迅猛發(fā)展，零點毫米的尺寸壓電材料，其機械應力無法承受高強度的超聲沖擊力，把水聽器幾何尺寸做大，其機械應力雖然提高，但是水聽器的頻率響應就出現比較大的非線性，從技術上講，對水聽器拐點處校準很困難并且校準費用巨大，大多數用戶無法承受，這將給日常使用帶來很多困難。[0008]實用新型內容
[0009]本實用新型所要解決的技術問題是提高現有水聽器的線性度，提出一種智能水聽器來實現水聽器的輸出頻響在設定的范圍內。
[0010]本實用新型為解決上述技術問題采用以下技術方案:
[0011]一種智能水聽器，包括水聽器、可變增益放大器、數據采集器、計算裝置以及可編程控制器；其中，所述水聽器的信號輸出端與可變增益放大器的輸入端連接，所述可變增益放大器的輸出端與所述數據采集器的輸入端連接，所述數據采集器的輸出端連接計算裝置，所述計算裝置與所述可編程控制器連接，所述可編程控制器向可變增益放大器輸出控制信號。
[0012]作為本實用新型的一種智能水聽器的進一步優(yōu)化方案，所述可變增益放大器包括前置放大器、可控衰減器、后置放大器；其中所述前置放大器的輸入端連接水聽器的輸出端，所述前置放大器的輸出端依次連接可控衰減器、后置放大器，所述后置放大器的輸出端連接數據采集器；所述可編程控制器輸出控制信號至可控衰減器來控制可變增益放大器的放大系數。
[0013]作為本實用新型的一種智能水聽器的進一步優(yōu)化方案，所述計算裝置為計算機或微處理器。
[0014]與現有技術相比，本實用新型采用上述技術方案的有益效果是:
[0015]1、可以解決目前國際上無法做到的高強度水聽器頻響曲線變化無拐點的技術問題。
[0016]2、可以讓國內的水聽器頻響指標達到國外的先進水平，替代進口。
[0017]3、可以節(jié)約大量的成本，國外的水聽器采購價是13萬左右，而國內的水聽器只有2000元，首次通過增加可變增益放大器2萬元，用戶可節(jié)約10萬元成本，可變增益放大器后
續(xù)可以重復使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是現有技術中測量普通水聽器頻響曲線的信號流向示意圖。
[0019]圖2是本實用新型通過可編程控制器向可變增益放大器輸出控制信號的流向示意圖。
[0020]圖3是本實用新型提出的帶可變增益放大器的智能水聽器結構框圖。
【具體實施方式】
[0021]以下結合附圖對本實用新型的技術方案做進一步的詳細說明。
[0022]為了達到本實用新型的技術目的，要求水聽器輸出端輸出幅度基本穩(wěn)定，由于大多數國產水聽器輸出隨頻率變化較大，特別是在幅值從上升向下降變化或從下降向上升變化的拐點處，信號的幅值變化率就非常大，數據在拐點校準時的誤差就變大，在整個頻帶內無法滿足使用要求，只有采用計算機技術逐點補償來達到輸出穩(wěn)定的目的，使輸出信號趨于平緩，不出現急劇拐點。
[0023]如圖2結合圖3所示，本實用新型提出一種提高水聽器線性度的裝置，包括水聽器、可變增益放大器、數據采集器、計算裝置以及可編程控制器；其中，所述可變增益放大器用于將水聽器的輸出信號放大，所述數據采集器用于采集可變增益放大器放大后信號的電壓值，并通過校準的靈敏度系數將電壓值換算成聲壓值輸入計算裝置，所述計算裝置根據接收的聲壓值得到水聽器的頻響曲線，進而計算出所述可變增益放大器的放大頻響曲線；所述可編程控制器監(jiān)測該放大頻響曲線信號頻率，并向可變增益放大器輸出控制信號控制可變增益放大器的放大系數，使可變增益放大器輸出端的輸出信號在規(guī)定的頻率范圍內輸出幅度基本不變。
[0024]其中，可變增益放大器包括前置放大器、可控衰減器、后置放大器；其中所述前置放大器的輸入端連接水聽器的輸出端，所述前置放大器的輸出端依次連接可控衰減器、后置放大器，所述后置放大器的輸出端連接數據采集器；所述可編程控制器輸出控制信號至可控衰減器來控制可變增益放大器的放大系數。在使用中也可以使用其他現有的控制器來代替可編程控制器。
[0025]在實際工作時，將現有的水聽器固定在測試場中，信號源向水聽器發(fā)射頻率連續(xù)變化恒定聲壓掃頻測試信號，用水聽器接收信號，可變增益放大器將水聽器的輸出信號放大，數據采集器采集可變增益放大器放大后信號的電壓值，并通過校準的靈敏度系數將電壓值換算成聲壓值輸入計算裝置，計算裝置根據接收的聲壓值得到水聽器的頻響曲線，然后通過現有的補償原理進而計算出可變增益放大器的放大頻響曲線；可編程控制器監(jiān)測該放大頻響曲線信號頻率，并向可變增益放大器輸出控制信號至可控衰減器，以很小的頻率間隔來控制可變增益放大器的放大系數，使可變增益放大器輸出端的輸出信號在規(guī)定的頻率范圍內輸出幅度基本不變或變化幅度很小，從而實現水聽器輸出的頻響曲線基本成一直線，提高其線性度。水聽器和可變增益放大器連接起來的理想結果是輸出一條直線。
[0026]整理歸納后，本實用新型的智能水聽器的工作方法，包括以下步驟:
[0027]步驟(1)，將水聽器固定在測試場中，采用信號源向水聽器發(fā)射頻率連續(xù)變化、恒定聲壓的掃頻測試信號。
[0028]步驟(2)，水聽器接收該掃頻測試信號，在水聽器的輸出端設置一個可變增益放大器，水聽器的輸出信號經可變增益放大器放大后，經過數據采集器轉換成聲壓信號輸入至
一計算裝置。
[0029]步驟(3)，該計算裝置將所述聲壓信號采集、運算和存儲，得到水聽器的頻響曲線，根據頻響曲線計算出所述可變增益放大器的放大頻響曲線，計算是采用現有的補償原理，即放大頻響曲線和水聽器的頻響曲線以水平軸對稱。
[0030]步驟(4)，計算裝置將所述可變增益放大器的放大頻響曲線數據輸送給可編程控制器，該可編程控制器監(jiān)測該放大頻響曲線信號頻率并向可變增益放大器輸出控制信號，以50KHz頻率間隔控制可變增益放大器的放大系數，使可變增益放大器輸出端的輸出信號在規(guī)定的頻率范圍內輸出幅度基本不變，從而實現水聽器輸出的頻響曲線基本成一直線。
[0031]本實用新型提出的智能水聽器通過在水聽器的輸出端增加一個可變增益放大器，通過對放大器的控制實現水聽器的頻響曲線達到國外膜式水聽器的頻響曲線要求，方便用戶使用。
【權利要求】
1.一種智能水聽器，其特征在于:包括水聽器、可變增益放大器、數據采集器、計算裝置以及可編程控制器；其中，所述水聽器的信號輸出端與可變增益放大器的輸入端連接，所述可變增益放大器的輸出端與所述數據采集器的輸入端連接，所述數據采集器的輸出端連接計算裝置，所述計算裝置與所述可編程控制器連接，所述可編程控制器向可變增益放大器輸出控制信號。
2.根據權利要求1所述的一種智能水聽器，其特征在于:所述可變增益放大器包括前置放大器、可控衰減器、后置放大器；其中所述前置放大器的輸入端連接水聽器的輸出端，所述前置放大器的輸出端依次連接可控衰減器、后置放大器，所述后置放大器的輸出端連接數據采集器；所述可編程控制器輸出控制信號至可控衰減器來控制可變增益放大器的放大系數。
3.根據權利要求1所述的一種智能水聽器，其特征在于:所述計算裝置為計算機或微處理器。
【文檔編號】G01H3/00GK203443660SQ201320569544
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權日:2013年9月13日
【發(fā)明者】于一, 胡雷, 李友寧 申請人:于一