功率放大器在磁声成像研究五自由度扫描装置中的应用

时间：2022-10-12

实验名称：功率放大器在磁声成像研究五自由度扫描装置中的应用

研究方向：磁声成像

实验内容：磁声成像是将磁场能量和电场能量转化为超声能量的一种成像方式。将样本组织放于稳恒磁场中，并向样本组织中通以频率在超声频段的激励电流，样本组织中的电流在稳恒磁场作用下，发生机电耦合作用产生洛伦兹力，发出与激励电流频率相同的振动声波，该声波传播到样本组织周围的超声换能器处，被接收后转化为电信号，经数据采集后进行后续成像处理。

实验过程：研究设计了平移圆周扫描方式，对铜环样本的声信号进行检测并对电导率分布进行初步重建。声换能器的运动轨迹见图4。平移圆周扫描方式主要包括了X轴向上的平移运动及样本载物盘沿Z轴的圆周运动。运动控制步骤如下:将样本放于样本载物盘中心，调整Y轴方向上换能器距离样本中心位置至合适距离Ｒ，调整Z轴方向上换能器中心与样本处于同一高度。

平移圆周扫描运动轨迹示意图

将调整X轴向上换能器至位置a，并以合适距离d为单位进行平移，直至位置b，此平移过程完成;之后将样本载物盘旋转角度α，旋转完成后;换能器回到平移初始位置a’，仍以距离d为单位平移直至b’，平移过程完成，之后将样本载物盘再次旋转角度α。以此类推，直至完成设定的所有运动。同时，在换能器所在的每一位置进行数据采集和保存，用于后续的数据处理工作。

测试系统：由信号发生器产生激励信号，通过功率放大器进行放大，将激励信号加载到实验样本上。磁场与样本组织内部电流密度发生磁声耦合效应，产生声信号，由声换能器进行声压接收，并由安泰电子ATA-5620前置放大器放大，示波器进行显示。声换能器与样本位置由步进电机控制，可进行五自由度运动，如下图所示，包括声换能器沿X轴向平移运动、Y轴向平移运动、Z轴向平移运动、沿Z轴旋转，同时样本载物盘可以沿Z轴旋转，可实现平移、旋转及螺旋型等不同扫描方式。

实验系统框图

结果分析：本研究设计实验，对铜环样本开展了手动控制与电机控制的圆周扫描成像精度对比实验。使用铜环直径约为22mm，外部施加0．4T的稳恒磁场，施加正弦脉冲电压信号，f=1MHz，Vpp=1V，检测信号经差分放大器1000倍放大。圆周扫描步长为5°，扫描范围为300°。

实验样本与测量的磁声信号重建图

上图为铜环样本与手动控制和电机控制电导率重建对比，其中(a)为铜环样本，(b)为手动控制电导率重建图，(c)为电机控制电导率重建图。由对比可看出，(c)图电导率重建轮廓与样本轮廓的相符度及电导率重建质量均要好于图(b)，说明运动控制的精度对数据采集及电导率重建有重要影响。

ATA-5620前置微小参数指标：

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