超声衰减增益补偿电路的设计

医用超声仪器发出的超声波在人体内的传播过程中，能量被人体组织吸收，随着探测深度的增加，超声波能量逐渐衰减，回波信号的动态范围很大，因此要进行声程补偿。文章简要介绍了超声诊断仪器的深度时间增益补偿电路(TGC)的基本原理，即用一定的电压曲线来控制放大器的增益，使不同深度下的超声回波获得不同的放大倍数。文中还提出了一种采用新型电子元器件的数字控制解决方案，能有效减小送入A／D转换器的信号的动态范围。该方案采用新型的高精度、低噪声、增益可变放大器AD604，电路简单，控制信号稳定可靠，能准确地补偿超声波在人体内的衰减，并为控制系统实现高速数字化提供了一个方法。     

面向医学内窥诊断的数字超声多普勒成像系统

研究基于现场可编程门阵列（FPGA）的超声多普勒内窥成像系统,针对内窥系统超声探头体积小、回波信号微弱的特点,设计了具有较高增益和较低噪声的超声信号前端接收电路.在FPGA中对微弱信号进行全数字化处理,实现了正交解调与频谱分析等功能,系统具有电路匹配性好、信噪比高、处理速度快及体积小等优势;搭建基于多普勒物理模型的实验平台进行实验验证,分析对比不同实验条件下的声谱,验证了系统及信号处理方法的合理性和正确性.     

一种基于FPGA的超声信号高速采集与压缩方法

针对超声检测系统中对超声信号的高速采集与处理问题,探讨了一种利用高速模数转换芯片AD9057在特定的时序信号控制下对超声信号进行高速采集,并且在FPGA（现场可编程门阵列）的控制下对采集到的超声信号进行压缩处理的方法。该方法以FPGA作为核心控制单元,结合高速数据采集模块,利用VHDL编程构建双端口的RAM,在FPGA中实现对采集过程中数组的存储与处理。给出了相关的仿真结果以及对实际采集到的超声信号的压缩处理波形,实验结果表明该方法可靠、可行。     

基于扩展收敛域指数CORDIC算法的超声时间增益补偿技术

针对经典超声时间增益补偿增益范围有限问题,该文提出一种基于扩展收敛域指数CORDIC算法的超声时间增益补偿技术。首先,通过指数CORDIC算法计算信号原始放大倍数;然后,利用乘法器组将A/D采样后的超声回波数字信号与放大倍数相乘;最后,经D/A转换器输出补偿后的模拟信号。实验表明:扩展收敛域指数CORDIC算法计算超声回波增益最高相对误差不高于0.014%,该算法的超声时间增益补偿模块能准确检出检测块内不同深度处缺陷,准确度高、实时性好、增益范围大,具有很好的实际应用效果和重要研究价值。     

一种小体积低功耗的多通道AD模块设计

研究了一种基于可编程逻辑阵列(FPGA)的模数转换方案,在该设计方案中,运用ACTEL公司的小体积FPGA控制AD芯片对信号的采集与传输。该方案具有体积小,功耗低的特点。     

基于FPGA的二维PSD信号处理系统设计

为实现对入射光斑位置坐标的精确测量,设计以FPGA为核心的二维PSD信号处理系统。针对窄脉冲激光照射下前置放大放电路,建立相应等效噪声模型,引入频率对电路输出电压噪声的影响得到提高电路分辨率措施。搭建自动增益控制电路,并结合FPGA给出的相应增益控制策略实现对幅值大动态范围变化的光电流合理放大。设计峰值脉冲检测电路实现窄脉冲信号峰值的准确测量,其测量误差小于3%。通过FPGA设计状态机实现A/D芯片模式配置和数据读取,并搭建相应坐标解算模块和串口模块,实现入射光斑坐标的解算与传输。实验表明该系统测量非线性度小于10μm,测量精度高。     

电离规离子流可编程增益放大器的设计

采用前置微电流放大器和可编程增益放大器两级运放,实现电离规离子流的可编程增益放大,以满足在真空度迅速变化且动态范围较宽时对真空度的快速准确测量。介绍了微弱电流信号的放大原理、器件选择原则、单片机控制可编程增益放大器的实现方法、电路抗干扰措施等,并给出了部分测试结果。本文设计的电离规离子流放大电路具有增益动态范围宽、精度高、响应速度快等优点,为托卡马克装置的真空度快速测量系统中离子流测量电路提供了设计参考。     

压电加速度传感器输出信号可变增益控制

针对压电加速度传感器信号调理电路中标定过程繁琐、标定效率低下、系统在运行过程中输出信号增益不能改变的问题,提出了在电荷放大器之后由微控制器控制数字电位器组成可调增益的电压放大电路,实现加速度计输出信号的自动标定和增益的可变控制.分析压电式加速度计的信号调理电路,在电压放大电路中选择使用数字电位器的方法实现可变增益控制,...     

量程自动转换在直流电机电流检测中的应用

直流电机电流采样的精度和实时性对直流伺服控制系统的性能起着很大的作用,直流电机在不同的工作状态下运转时,流经电机的电流大小差别大,经过信号调理电路后,导致小信号不能有效放大。本文提出了一种量程自动转换的办法。选用一款内置可编程增益仪表放大器的AD转换芯片ADS1110,并靠软硬件结合来提高AD转换的精度,从而达到精确电流检测的目的。     

空气耦合超声信号调理电路的设计

空气耦合超声探头接收的信号微弱,并且容易受到电磁噪声的干扰,信噪比低,不利于后期的采集与处理。针对上述问题,设计了一种以仪表放大器AD8429芯片为核心的微弱信号调理电路。该调理电路分为三部分,第一部分为电压跟随器组成的输入级,第二部分为高精度、低噪声的三级级联放大电路,第三部分为无限增益多路反馈带通滤波电路,最后,将整个电路置入金属纤维屏蔽罩,以达到抑制外界高频电磁干扰的目的。实验结果表明,所设计电路检测下限可达200μV,实际增益最高为79.6 dB,相对误差控制在10%以下,利用此电路可以成功提取400 kHz的超声检测信号。     

医学超声内镜中同步编码激励技术的设计与实现

为了提高医学超声内镜系统中的探测深度、分辨率及成像质量,在超声内镜成像系统中采用编码激励技术,首次将普遍用于开关电源电路设计中的"半桥"电路引入超声内镜编码激励电路.在只有正电压电源供电的情况下产生正负高压激励脉冲,利用电机转动的编码信号,设计了基于CPLD的同步编码激励电路,在保证与超声内镜主机FPGA同步的基础上,简化了超声内镜系统内信号的传递.实验中,同步编码激励电路发射的编码激励信号与理论码型一致,通过人体体模实验,获得的回波波形幅度达1.0Vpp,噪声20×10-3VPP~30×10-3Vpp,信噪比高达34 dB,波形与仿真结果一致.     

管道腐蚀超声波在线检测技术

提出一种用于管道在线腐蚀检测的方法,基于超声波脉冲反射法检测原理,依据超声波在介质中的传播特性,研究系统的超声波发射电路和程控放大电路。实验结果表明:发射电路产生的高压负脉冲信号能够有效激励超声探头;程控放大电路可以解决回波信号因深度增加能量衰减的问题,获得的信号达到技术要求。系统能够完成管道在线腐蚀检测的需要,具有良好的应用价值。     

An FPGA-based ultrasound imaging system using capacitive micromachined ultrasonic transducers

We report the design and experimental results of a field-programmable gate array (FPGA)-based real-time ultrasound imaging system that uses a 16-element phased-array capacitive micromachined ultrasonic transducer fabricated using a fusion bonding process. The imaging system consists of the transducer, discrete analog components situated on a custom-made circuit board, the FPGA, and a monitor. The FPGA program consists of five functional blocks: a main counter, transmit and receive beamformer, receive signal pre-processing, envelope detection, and display. No dedicated digital signal processor or personal computer is required for the imaging system. An experiment is carried out to obtain the sector B-scan of a 4-wire target. The ultrasound imaging system demonstrates the possibility of an integrated system-in-a-package solution.     

超声波在水中衰减的频率效应及其对脉冲回波的影响

超声波在传播中会发生幅值衰减,该衰减不仅与超声波传播的距离有关,还与超声波的频率有关。为了研究高频超声波衰减的频率效应,本文通过脉冲回波法分析脉冲超声波在水中传播反射回波的幅值和频谱变化,研究了超声波在水中传播时幅值衰减与传播距离及其与超声频率之间的关系,通过测量脉冲超声波在水中传播不同距离时的反射回波,并对其进行傅里叶变换,分析了超声波传播衰减的距离效应和频率效应。研究发现:超声波在水中的传播衰减随距离呈指数规律,且不同频率超声波的衰减系数不相同,频率越高,衰减越大,衰减的频率效应可有效解释反射法高频脉冲超声检测中回波脉冲信号的中心频率远低于换能器标称中心频率的现象。     

基于FPGA和DSP的激光陀螺信号处理电路设计

研究机械抖动激光陀螺的信号读出系统,设计激光陀螺的信号处理电路。光电转换后的微弱电流信号经过前置放大电路转化为电压方波信号,在FPGA中进行鉴相解调以及可逆计数,最后由DSP实现机抖偏频解噪和低通数字滤波。与激光陀螺联合测试并将结果输出至上位机,结果表明设计的电路实现了对激光陀螺输出信号的有效采集,满足激光陀螺功能测试的需要。     

基于FPGA的数字化中频磁控溅射电源设计

介绍了一种全数字控制的中频磁控溅射电源设计.主电路前级采用直流斩波调压,后级采用全桥逆变的电路结构.控制电路由现场可编程门阵列(FPGA)计算产生高分辨率的数字脉宽调制信号(DPWM)实现.电源工作于恒流模式,通过PID算法调节Buck斩波电路的驱动DPWM来实现闭环控制.全桥逆变电路的驱动信号由FPGA计算产生,通过按键可设置驱动的DPWM,输出所需的固定频率和占空比的矩形波.对于靶面微打弧和强打弧,FPGA采取不同的保护措施.最后制作了5kW的样机进行验证,实验证明,方法可行,具有好的应用前景.     

Frequency- and depth-dependent compensation of ultrasonic signals

The resolution in ultrasonic images decreases with depth when using traditional time-gain compensation (TGC) of the received signal. To reduce this effect, both frequency-dependent and depth-dependent compensation is introduced. A time-varying digital filtering method is presented for this purpose, which is based on Wiener filtering. Images obtained from a simulated tissue equivalent are presented and the frequency-compensated images are compared to conventional TGC-compensated images. It is shown that the improvement in resolution using frequency-dependent compensation is considerable when the signal-to-noise ratio in the received signal is high.     

通用型绝对式编码器信号处理电路的开发

绝对式编码器在自动化领域广泛使用,本文以FPGA为核心芯片,完成了一款通用型绝对式编码器信号处理电路.本文论证并确定了所开发电路应具备的通用性功能;对电路系统分别进行了FPGA外围电路设计和FPGA内部硬件逻辑设计,并对FPGA硬件逻辑功能进行了综合仿真;通过搭建的测试平台及编写的PC机软件,使用了两种接口的编码器对电路功能进行了测试,验证了设计方案的可行性.