高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)及脈沖產(chǎn)生方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高頻高壓脈沖技術(shù)領(lǐng)域，涉及高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)及脈沖產(chǎn)生方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]超聲波成像技術(shù)中，編碼激勵技術(shù)可以用來改善超聲成像一起的圖像質(zhì)量。與傳統(tǒng)脈沖回波技術(shù)相比，加入超聲編碼激勵技術(shù)后能夠在保持發(fā)射脈沖峰峰值不變的情況下，增加平均發(fā)射功率和聲束的穿透深度，提高超聲圖像的信噪比和對比度。而編碼激勵可以改善傳統(tǒng)發(fā)射接收方式中平均聲功率過低(傳統(tǒng)方式往往不到最大允許值的1%)的缺點。目前的超聲發(fā)射系統(tǒng)主要問題有:目前的編碼頻率可以達到很高的頻率，編碼信號中單個編碼脈寬在高速編程器件中脈寬可以小于幾ns，但是對應(yīng)的脈沖激勵波形因為無法達到很快開關(guān)頻率，都很難達到50MHz以上的中心頻率；現(xiàn)有編碼激勵也一般都應(yīng)用于低頻率超聲換能器(中心頻率<50MHz)使用。
[0004]因此，鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足以及超高頻換能器應(yīng)用需求，需要提出一種利用可編程器件控制的超高頻換能器的脈沖編碼激勵與脈沖發(fā)射系統(tǒng)。其單個雙極性脈沖中心頻率可以高于50MHz，并可以對脈沖進行不同編碼方式激勵以及輸出脈沖幅值調(diào)整。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]要解決的技術(shù)問題:常規(guī)的高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)存在窄脈寬無法精確控制和達到，脈沖中心頻率低的缺點，無法應(yīng)用于高頻超聲換能器；本專利的目的是提供一個可以進行多個二進制編碼方式激勵，單個脈沖中心頻率可大于50MHz，脈沖寬度可調(diào)整，脈沖幅值可調(diào)的超高頻超聲換能器脈沖編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)。
[0007]技術(shù)方案:為了解決上述問題，本發(fā)明公開了高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)，所述的高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)包括包括編碼與控制模塊、MOSFET驅(qū)動模塊、P型MOSFET和N型M0SFET、脈沖幅值調(diào)整模塊；編碼與控制模塊分別與MOSFET驅(qū)動模塊輸入端、脈沖幅值調(diào)整模塊輸入端連接，P型MOSFET和N型MOSFET分別與MOSFET驅(qū)動模塊輸出端和脈沖幅值調(diào)整模塊輸出端連接；所述編碼與控制模塊包括現(xiàn)場可編輯門陣列；M0SFET驅(qū)動模塊包括邏輯電平轉(zhuǎn)換器件或邏輯電平轉(zhuǎn)換電路、時序調(diào)整器件、大電流MOSFET驅(qū)動器件和電路；脈沖幅值調(diào)整模塊包括高壓電源、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、高壓輸出調(diào)節(jié)部分。
[0008]所述的高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)，編碼與控制模塊進行編碼發(fā)射和編碼方式選擇以及控制幅值調(diào)整模塊。
[0009]所述的高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)，所述的編碼方式為二進制編碼方式。
[0010]所述的高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)，所述的二進制編碼方式包括Golay互補序列、Barker碼、方波。
[0011]所述的高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)，時序調(diào)整器件為單個DS1100U、多個DSl 100U或同軸線。
[0012]所述的高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)，所述的高壓電源為高壓正電源EMC0-CA02P與高壓負電源EMC0-CA02N，數(shù)模轉(zhuǎn)換器接高壓正電源EMC0-CA02P與高壓負電源EMC0-CA02N的電壓輸出調(diào)節(jié)端口，從而調(diào)節(jié)高壓輸出，實現(xiàn)脈沖的幅值調(diào)節(jié)。
[0013]所述的高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)的脈沖產(chǎn)生方法，包括以下步驟:
(1)編碼與控制模塊中進行編碼方式的選擇，編碼序列的生成；
(2)邏輯電平轉(zhuǎn)換器件對編碼信號進行電平轉(zhuǎn)換；
(3)時序調(diào)整器件調(diào)整匹配N型MOSFET和P型MOSFET控制開關(guān)時序；
(4)匹配后的控制時序通過MOSFET驅(qū)動器件來控制N型MOSFET和P型MOSFET打開關(guān)閉；
(5)編碼與控制模塊控制脈沖幅值調(diào)整模塊中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器接高壓正電源EMC0-CA02P與高壓負電源EMC0-CA02N的電壓輸出調(diào)節(jié)端口，從而調(diào)節(jié)高壓輸出，實現(xiàn)脈沖的幅值調(diào)節(jié)。
[0014]所述的時序調(diào)整器件為DS1100U，在P型MOSFET和N型MOSFET驅(qū)動前端加入延時器件DS1100U，可對MOSFET驅(qū)動的輸出脈沖進行精確匹配，從而準確控制MOSFET打開和關(guān)閉，原理如下:
加入DS1100U延時芯片，進行時長為Ta的延時處理后，控制時序得到很好的匹配；延時處理見圖5。
對單個脈沖，脈沖寬度的減小，對應(yīng)脈沖中心頻率的增加和截止頻率的變化，通過在可編程器件上調(diào)節(jié)脈沖寬度，可以實現(xiàn)不同脈沖頻率和截止頻率；
需要利用高耐壓電容進行蓄能，電容耐壓值要大于高壓電源電壓；
采用峰值電流很大電流驅(qū)動(如集成芯片EL7158SZ，推挽式雙極型晶體管電路)，這樣就可以盡可能增加MOSFET開關(guān)速度，得到上升下降沿很小的脈沖。
[0015]高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)脈沖產(chǎn)生電路如圖1，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2。
[0016]有益效果:本發(fā)明的高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)采用編碼可編程器件生成激勵信號，控制高壓脈沖發(fā)射波形，在環(huán)境噪聲不變情況下，提高成像質(zhì)量，提高系統(tǒng)信噪比，提高探測深度和穿透能力。在激勵編碼的基礎(chǔ)上，可以實現(xiàn)幅值同時可調(diào)，提高系統(tǒng)靈活度。本發(fā)明的高頻超聲編碼激勵與脈沖發(fā)射系統(tǒng)可以集成于高頻超聲應(yīng)用如高頻(中心頻率>50MHz)超聲換能器成像系統(tǒng)中。
[0017]
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)的脈沖產(chǎn)生電路圖；
圖2為本發(fā)明的高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖3、圖4為實施例1編碼后單個雙極性脈沖圖。
[0020]圖5為加入DS1100U延時芯片后的延時處理圖。
【具體實施方式】
[0021]實施例1
現(xiàn)場可編輯門陣列產(chǎn)生編碼信號并輸出，輸出后編碼信號接SN65LVELT23DGK將LVPECL電平轉(zhuǎn)換為LVTTL電平，一路控制信號接延時器件DSl 100U，經(jīng)過延時匹配后接P型MOSFET的驅(qū)動器件EL7158，另一路接DSl 100U延時后接N型MOSFET驅(qū)動器件EL7158，兩片EL7158分別控制P型MOSFET和N型MOSFET打開關(guān)閉。高壓電源EMC0-CA02P輸出端(pinI)接P型MOSFET源極，輸出控制端(pin 2)接數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出端，高壓電源EMCO-CAO2N輸出端(pin I)接N型MOSFET源極，輸出控制端(pin 2)接數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出端，數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入端接現(xiàn)場可編輯門陣列，由現(xiàn)場可編輯門陣列控制脈沖的輸出。
[0022]編碼后單個雙極性脈沖見圖3和圖4。
【主權(quán)項】
1.高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于所述的高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)包括包括編碼與控制模塊、MOSFET驅(qū)動模塊、P型MOSFET和N型MOSFET、脈沖幅值調(diào)整模塊；編碼與控制模塊分別與MOSFET驅(qū)動模塊輸入端、脈沖幅值調(diào)整模塊輸入端連接，P型MOSFET和N型MOSFET分別與MOSFET驅(qū)動模塊輸出端和脈沖幅值調(diào)整模塊輸出端連接；所述編碼與控制模塊包括現(xiàn)場可編輯門陣列；M0SFET驅(qū)動模塊包括邏輯電平轉(zhuǎn)換器件或邏輯電平轉(zhuǎn)換電路、時序調(diào)整器件、大電流MOSFET驅(qū)動器件和電路；脈沖幅值調(diào)整模塊包括高壓電源、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、高壓輸出調(diào)節(jié)部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于:編碼與控制模塊進行編碼發(fā)射和編碼方式選擇以及控制脈沖幅值調(diào)整模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于:所述的編碼方式為二進制編碼方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于:所述的二進制編碼方式包括Golay互補序列、Barker碼、方波。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于:時序調(diào)整器件為單個DS1100U、多個DS1100U或同軸線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于:所述的高壓電源為高壓正電源EMC0-CA02P與高壓負電源EMC0-CA02N，數(shù)模轉(zhuǎn)換器接高壓正電源EMC0-CA02P與高壓負電源EMC0-CA02N的電壓輸出調(diào)節(jié)端口，從而調(diào)節(jié)高壓輸出，實現(xiàn)脈沖的幅值調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于所述的高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)的脈沖產(chǎn)生方法，包括以下步驟: (1)編碼與控制模塊中進行編碼方式的選擇，編碼序列的生成； (2)邏輯電平轉(zhuǎn)換器件對編碼信號進行電平轉(zhuǎn)換； (3)時序調(diào)整器件調(diào)整匹配N型MOSFET和P型MOSFET控制開關(guān)時序； (4)匹配后的控制時序通過MOSFET驅(qū)動器件來控制N型MOSFET和P型MOSFET打開關(guān)閉； (5)編碼與控制模塊控制脈沖幅值調(diào)整模塊中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器接高壓正電源EMC0-CA02P與高壓負電源EMC0-CA02N的電壓輸出調(diào)節(jié)端口，從而調(diào)節(jié)高壓輸出，實現(xiàn)脈沖的幅值調(diào)節(jié)。
【專利摘要】本發(fā)明屬于高頻高壓脈沖技術(shù)領(lǐng)域，公開了高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)及脈沖產(chǎn)生方法，所述的高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)包括編碼與控制模塊、MOSFET驅(qū)動模塊、P型MOSFET和N型MOSFET、脈沖幅值調(diào)整模塊。本發(fā)明的高頻超聲編碼激勵發(fā)射系統(tǒng)采用編碼可編程器件生成激勵信號，控制高壓脈沖發(fā)射波形，在環(huán)境噪聲不變情況下，提高成像質(zhì)量，提高系統(tǒng)信噪比，提高探測深度和穿透能力。在激勵編碼的基礎(chǔ)上，可以實現(xiàn)幅值同時可調(diào)，提高系統(tǒng)靈活度。
【IPC分類】G01S7-524
【公開號】CN104765027
【申請?zhí)枴緾N201410828407
【發(fā)明人】呂鐵軍, 向永嘉, 顧天明, 崔崤峣
【申請人】中國科學院蘇州生物醫(yī)學工程技術(shù)研究所
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2014年12月29日