高壓放大器在HIFU換能器和聲場測量研究中的應(yīng)用

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

研究方向：醫(yī)學(xué)超聲

測試目的：

HIFU聲場具有特殊的聲場特性，要求用于聲場檢測的方法能夠避免對聲場造成干擾，同時(shí)避免高溫高壓和空化響應(yīng)帶來的沖擊。目前報(bào)道的一些方法在使用范圍、測量上限、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)的法向振動速度分布即可實(shí)現(xiàn)對聲場分布的描述。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)換能器表面振動速度分布的特點(diǎn)，建立換能器表面法向振動速度的測量方法，研究基于光纖振動傳感器的全光纖多普勒測振系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)換能器表面振動速度測量和HIFU聲場的聲壓測量及聲場分布的描述。

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

實(shí)驗(yàn)過程：

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

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

根據(jù)系統(tǒng)測試的最大速度與延遲時(shí)間的關(guān)系，光纖延遲線長度所對應(yīng)的速度測量范圍較大，而本實(shí)驗(yàn)中壓電陶瓷振動速度較小，因此首先取延遲時(shí)間為50ps，激光器輸出1550nm，設(shè)定驅(qū)動信號為壓電陶瓷的諧振頻率。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

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

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

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

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

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

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

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傳感方法及HIFU聲場測量方法研究》

審核編輯黃宇