高壓放大器在HIFU換能器和聲場(chǎng)測(cè)量研究中的應(yīng)用

　　實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：高壓放大器在HIFU換能器和聲場(chǎng)測(cè)量研究中的應(yīng)用

　　研究方向：醫(yī)學(xué)超聲

　　測(cè)試目的：

　　HIFU聲場(chǎng)具有特殊的聲場(chǎng)特性，要求用于聲場(chǎng)檢測(cè)的方法能夠避免對(duì)聲場(chǎng)造成干擾，同時(shí)避免高溫高壓和空化響應(yīng)帶來(lái)的沖擊。目前報(bào)道的一些方法在使用范圍、測(cè)量上限、抗干擾能力和準(zhǔn)確性等方面都存在一些缺陷。所以提出了一種基于Rayleigh積分的聲場(chǎng)計(jì)算模型，根據(jù)計(jì)算原理，得到HIFU換能器輻射面上所有質(zhì)點(diǎn)的法向振動(dòng)速度分布即可實(shí)現(xiàn)對(duì)聲場(chǎng)分布的描述。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)換能器表面振動(dòng)速度分布的特點(diǎn)，建立換能器表面法向振動(dòng)速度的測(cè)量方法，研究基于光纖振動(dòng)傳感器的全光纖多普勒測(cè)振系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)換能器表面振動(dòng)速度測(cè)量和HIFU聲場(chǎng)的聲壓測(cè)量及聲場(chǎng)分布的描述。

　　測(cè)試設(shè)備：ATA-2041高壓放大器、信號(hào)發(fā)生器、光電探測(cè)器、示波器、待測(cè)壓電陶瓷(直徑60mm，諧振頻率28.66KHz)、全光纖多普勒測(cè)振系統(tǒng)。

　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

　　圖：基于光纖振動(dòng)傳感器的全光纖多普勒測(cè)振系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置圖

　　實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先保持被測(cè)對(duì)象靜止，將光纖振動(dòng)傳感器置于壓電陶瓷上方，開(kāi)啟激光器，信號(hào)發(fā)生器輸出設(shè)置為5V，偏移2.5V的正弦信號(hào)。當(dāng)信號(hào)發(fā)生器開(kāi)始輸出時(shí)，不斷調(diào)整功率放大器的放大倍數(shù)，測(cè)振系統(tǒng)通過(guò)光電探測(cè)的交流輸出口就可以得到含有壓電陶瓷的振動(dòng)信號(hào)的干涉輸出電信號(hào)，并輸出到示波器上進(jìn)行顯示。

　　根據(jù)系統(tǒng)測(cè)試的最大速度與延遲時(shí)間的關(guān)系，光纖延遲線(xiàn)長(zhǎng)度所對(duì)應(yīng)的速度測(cè)量范圍較大，而本實(shí)驗(yàn)中壓電陶瓷振動(dòng)速度較小，因此首先取延遲時(shí)間為50ps，激光器輸出1550nm，設(shè)定驅(qū)動(dòng)信號(hào)為壓電陶瓷的諧振頻率。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

　　圖2：驅(qū)動(dòng)電壓20V時(shí)，全光纖多普勒測(cè)振系統(tǒng)輸出干涉信號(hào)

　　圖2（a）、（b）、（c）分別為驅(qū)動(dòng)電壓20V時(shí)全光纖多普勒測(cè)振系統(tǒng)輸出干涉信號(hào)曲線(xiàn)、幅度-頻率曲線(xiàn)和相位-頻率曲線(xiàn)的內(nèi)容。

  

　　圖3：驅(qū)動(dòng)電壓30V時(shí)，全光纖多普勒測(cè)振系統(tǒng)輸出干涉信號(hào)  

　　圖3（a）、（b）、（c）分別為驅(qū)動(dòng)電壓30V時(shí)全光纖多普勒測(cè)振系統(tǒng)輸出干涉信號(hào)曲線(xiàn)、幅度-頻率曲線(xiàn)和相位-頻率曲線(xiàn)的內(nèi)容。

　　根據(jù)所得干涉信號(hào)即可解調(diào)出對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)電壓條件下，測(cè)振系統(tǒng)所測(cè)得的壓電陶瓷振動(dòng)速度結(jié)果。根據(jù)信號(hào)處理方法的內(nèi)容，計(jì)算機(jī)處理后得出的20V驅(qū)動(dòng)電壓下所測(cè)得的振動(dòng)信號(hào)所攜帶的多普勒頻移為74.84kHz，此時(shí)可以得到振動(dòng)速度為58mm/s。30V驅(qū)動(dòng)電壓下所測(cè)得的振動(dòng)信號(hào)所攜帶的多普勒頻移為125.16kHz，可以得到振動(dòng)速度為97mm/s。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：可以實(shí)現(xiàn)基于光纖振動(dòng)傳感器的全光纖多普勒測(cè)振系統(tǒng)應(yīng)用于壓電陶瓷表面振動(dòng)速度測(cè)量的目的。

　　安泰ATA-2041高壓放大器：

　　圖：ATA-2041高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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　　本文實(shí)驗(yàn)案例參考自知網(wǎng)論文《HIFU換能器表面光纖振動(dòng)傳感方法及HIFU聲場(chǎng)測(cè)量方法研究》