功率放大器在磁聲成像研究五自由度掃描裝置中的應用
實驗名稱：功率放大器在磁聲成像研究五自由度掃描裝置中的應用
研究方向：磁聲成像
實驗內(nèi)容：磁聲成像是將磁場能量和電場能量轉(zhuǎn)化為超聲能量的一種成像方式。將樣本組織放于穩(wěn)恒磁場中，并向樣本組織中通以頻率在超聲頻段的激勵電流，樣本組織中的電流在穩(wěn)恒磁場作用下，發(fā)生機電耦合作用產(chǎn)生洛倫茲力，發(fā)出與激勵電流頻率相同的振動聲波，該聲波傳播到樣本組織周圍的超聲換能器處，被接收后轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)數(shù)據(jù)采集后進行后續(xù)成像處理。
實驗過程：研究設計了平移圓周掃描方式，對銅環(huán)樣本的聲信號進行檢測并對電導率分布進行初步重建。聲換能器的運動軌跡見圖4。平移圓周掃描方式主要包括了X軸向上的平移運動及樣本載物盤沿Z軸的圓周運動。運動控制步驟如下:將樣本放于樣本載物盤中心，調(diào)整Y軸方向上換能器距離樣本中心位置至合適距離Ｒ，調(diào)整Z軸方向上換能器中心與樣本處于同一高度。
平移圓周掃描運動軌跡示意圖
將調(diào)整X軸向上換能器至位置a，并以合適距離d為單位進行平移，直至位置b，此平移過程完成;之后將樣本載物盤旋轉(zhuǎn)角度α，旋轉(zhuǎn)完成后;換能器回到平移初始位置a’，仍以距離d為單位平移直至b’，平移過程完成，之后將樣本載物盤再次旋轉(zhuǎn)角度α。以此類推，直至完成設定的所有運動。同時，在換能器所在的每一位置進行數(shù)據(jù)采集和保存，用于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理工作。
測試系統(tǒng)：由信號發(fā)生器產(chǎn)生激勵信號，通過功率放大器進行放大，將激勵信號加載到實驗樣本上。磁場與樣本組織內(nèi)部電流密度發(fā)生磁聲耦合效應，產(chǎn)生聲信號，由聲換能器進行聲壓接收，并由安泰電子ATA-5620前置微小信號放大器放大，示波器進行顯示。聲換能器與樣本位置由步進電機控制，可進行五自由度運動，如下圖所示，包括聲換能器沿X軸向平移運動、Y軸向平移運動、Z軸向平移運動、沿Z軸旋轉(zhuǎn)，同時樣本載物盤可以沿Z軸旋轉(zhuǎn)，可實現(xiàn)平移、旋轉(zhuǎn)及螺旋型等不同掃描方式。
實驗系統(tǒng)框圖
結(jié)果分析：本研究設計實驗，對銅環(huán)樣本開展了手動控制與電機控制的圓周掃描成像精度對比實驗。使用銅環(huán)直徑約為22mm，外部施加0．4T的穩(wěn)恒磁場，施加正弦脈沖電壓信號，f=1MHz，Vpp=1V，檢測信號經(jīng)差分放大器1000倍放大。圓周掃描步長為5°，掃描范圍為300°。
實驗樣本與測量的磁聲信號重建圖
上圖為銅環(huán)樣本與手動控制和電機控制電導率重建對比，其中(a)為銅環(huán)樣本，(b)為手動控制電導率重建圖，(c)為電機控制電導率重建圖。由對比可看出，(c)圖電導率重建輪廓與樣本輪廓的相符度及電導率重建質(zhì)量均要好于圖(b)，說明運動控制的精度對數(shù)據(jù)采集及電導率重建有重要影響。
ATA-5620前置微小信號放大器參數(shù)指標：
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