第四章 超聲的發(fā)射

1、 陣元：組成線陣的電氣切換的基本單元，幾十至幾百個(gè)。陣元：組成線陣的電氣切換的基本單元，幾十至幾百個(gè)。 相鄰陣元中心距相鄰陣元中心距mmmm 陣元越多陣元越多掃查線數(shù)越多掃查線數(shù)越多圖像越好。圖像越好。振元：獨(dú)立振動(dòng)的小晶體。幾個(gè)振元電氣連成一個(gè)陣元，振元：獨(dú)立振動(dòng)的小晶體。幾個(gè)振元電氣連成一個(gè)陣元， 以減小旁瓣。以減小旁瓣。多陣元組合工作：發(fā)射和接收時(shí)，用相鄰的一組陣元同多陣元組合工作：發(fā)射和接收時(shí)，用相鄰的一組陣元同 時(shí)工作，工作孔徑相對較大。時(shí)工作，工作孔徑相對較大。多陣元組合工作的意義多陣元組合工作的意義1. 1. 減小波束擴(kuò)散角，提高遠(yuǎn)場分辨力。減小波束擴(kuò)散角，提高遠(yuǎn)場分辨力。 對于

2、圓形換能器，其半擴(kuò)散角對于圓形換能器，其半擴(kuò)散角 0 0sinsin-1-1(0.61/a)(0.61/a)sinsin-1-1(1.22/D)(1.22/D) D D0 0 對于矩形振元，有相似的結(jié)論。對于矩形振元，有相似的結(jié)論。2. 2. 延長近場區(qū)長度。而近場聲束不擴(kuò)散，故分辨力好。延長近場區(qū)長度。而近場聲束不擴(kuò)散，故分辨力好。 對于圓形換能器，近場距離對于圓形換能器，近場距離 r r0 02 2/D D2 2/4/4 D rD r0 0 對于矩形振元，有相似的結(jié)論。對于矩形振元，有相似的結(jié)論。 當(dāng)然，當(dāng)然，DD使近場變粗，這可用可變孔徑技術(shù)來克服。使近場變粗，這可用可變孔徑技術(shù)來克服。

3、3 3提高發(fā)射功率和接收靈敏度。提高發(fā)射功率和接收靈敏度。4 4便于實(shí)現(xiàn)電子聚焦（動(dòng)態(tài)聚焦），改善分辨力。便于實(shí)現(xiàn)電子聚焦（動(dòng)態(tài)聚焦），改善分辨力。5 5可增加掃查線，改善像質(zhì)?？稍黾訏卟榫€，改善像質(zhì)。 對陣元不同順序的分組，可形成不同的掃查方式。對陣元不同順序的分組，可形成不同的掃查方式。一、組合順序掃描一、組合順序掃描 若若4 4個(gè)陣元組合工作，次序?yàn)椋簜€(gè)陣元組合工作，次序?yàn)椋?1 14 4，2 25 5，3 36 6，4 47 7，性能指標(biāo)性能指標(biāo) 掃查線總數(shù)：掃查線總數(shù)： Nn-m+1 N 掃查線總數(shù)掃查線總數(shù) n 陣元總數(shù)陣元總數(shù) m每組工作的陣元數(shù)每組工作的陣元數(shù) 掃線間距掃線間距

4、： dd d d掃線間距掃線間距 d d相鄰陣元中心距相鄰陣元中心距二、組合間隔掃描二、組合間隔掃描1. d/21. d/2間隔掃描間隔掃描可得：可得：N N2(n-m+12(n-m+1），）， ddd/2d/2掃線總數(shù)是組合順序掃描的掃線總數(shù)是組合順序掃描的2 2倍，像質(zhì)提高。倍，像質(zhì)提高。2. d/42. d/4間隔掃描間隔掃描 可得：可得：N N4(n-m+14(n-m+1），）， ddd/4d/4掃線總數(shù)是組合順序掃描的掃線總數(shù)是組合順序掃描的4 4倍，像質(zhì)進(jìn)一步提高。倍，像質(zhì)進(jìn)一步提高。每次收發(fā)振元分組不一定相同，收發(fā)控制電路相對復(fù)雜。每次收發(fā)振元分組不一定相同，收發(fā)控制電路相對復(fù)雜

5、。三、微角掃描三、微角掃描如同電視機(jī)的隔行掃描，將一幀圖像分為奇、偶兩場。如同電視機(jī)的隔行掃描，將一幀圖像分為奇、偶兩場。 特點(diǎn)特點(diǎn) 掃線比普通掃描增加一倍。掃線比普通掃描增加一倍。 圖像有微小位置誤差。圖像有微小位置誤差。超聲探查，掃查聲線不平行，超聲探查，掃查聲線不平行，圖像顯示，掃描光柵平行。圖像顯示，掃描光柵平行。 圖像存在一定的畸變。圖像存在一定的畸變。 但因是但因是“微角微角”，這種誤差很小。，這種誤差很小。 波束控制方法波束控制方法 切換并采用相控技術(shù)切換并采用相控技術(shù)工作時(shí)：工作時(shí)： 奇數(shù)場聲線偏向奇數(shù)場聲線偏向， 偶數(shù)場聲線偏向偶數(shù)場聲線偏向。同時(shí)：同時(shí)： 施加電子聚焦延時(shí)。

6、施加電子聚焦延時(shí)。波束：波束：線掃微偏聚焦線掃微偏聚焦 超聲聚焦超聲聚焦：使超聲束在一定深度內(nèi)會(huì)聚，改善分辨力：使超聲束在一定深度內(nèi)會(huì)聚，改善分辨力和靈敏度。和靈敏度。分類分類： 聲學(xué)聚焦，聲學(xué)聚焦，電子聚焦。電子聚焦。一、聲學(xué)聚焦（幾何聚焦，機(jī)械聚焦）一、聲學(xué)聚焦（幾何聚焦，機(jī)械聚焦）1. 1. 聲透鏡聚焦聲透鏡聚焦 利用聲傳播的折射原理進(jìn)行聚焦。利用聲傳播的折射原理進(jìn)行聚焦。 C C1 1透鏡介質(zhì)聲速，透鏡介質(zhì)聲速， C C2 2被測介質(zhì)聲速，則：被測介質(zhì)聲速，則： 當(dāng)當(dāng)C C1 1CC2 2時(shí)，凹形聲透鏡有會(huì)聚作用；時(shí)，凹形聲透鏡有會(huì)聚作用； 當(dāng)當(dāng)C C1 1CC2 2時(shí)，凸形聲透鏡有會(huì)

7、聚作用。時(shí)，凸形聲透鏡有會(huì)聚作用。 焦距焦距F F與曲率半徑與曲率半徑R R成正比，成正比，與與C C1 1/C/C2 2成反比。成反比。2211sinsincc 厚度：聲透鏡中心部位厚度取厚度：聲透鏡中心部位厚度取/2/2可有最大透射率；可有最大透射率；匹配：為防止反射，一般需采用匹配層。匹配：為防止反射，一般需采用匹配層。材料：通常為環(huán)氧樹脂、丙稀樹脂與其它成分復(fù)合。材料：通常為環(huán)氧樹脂、丙稀樹脂與其它成分復(fù)合。2. 2. 聲反射鏡聚焦聲反射鏡聚焦 用凹面的聲反射鏡，當(dāng)鏡面曲率和聲源離鏡面距離用凹面的聲反射鏡，當(dāng)鏡面曲率和聲源離鏡面距離適當(dāng)時(shí)，即具有聚焦作用。適當(dāng)時(shí)，即具有聚焦作用。 利用

8、了聲傳播的反射定律。利用了聲傳播的反射定律。3. 3. 凹面振子聚焦凹面振子聚焦 振子做成凹面，焦距振子做成凹面，焦距F F等于其曲率半徑等于其曲率半徑R R。 效果好，但工藝復(fù)雜。效果好，但工藝復(fù)雜。二、電子聚焦二、電子聚焦 （1 1）原理）原理用一組相鄰陣元組合工作。用一組相鄰陣元組合工作。 發(fā)射時(shí)發(fā)射時(shí) 各陣元的各陣元的激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)信號(hào)相位按相位按二次曲線二次曲線變化，使變化，使發(fā)射發(fā)射超聲超聲經(jīng)經(jīng)空間疊加空間疊加后后，合成超聲波束合成超聲波束產(chǎn)生會(huì)聚。產(chǎn)生會(huì)聚。 接收時(shí)接收時(shí) 各陣元的各陣元的接收信號(hào)接收信號(hào)相位按同樣形式變化，使相位按同樣形式變化，使接收接收信號(hào)信號(hào)經(jīng)經(jīng)電路疊加電路疊

9、加后，后，接收靈敏區(qū)域接收靈敏區(qū)域產(chǎn)生會(huì)聚。產(chǎn)生會(huì)聚。 改變相位二次曲線變化曲率，可改變會(huì)聚焦距。改變相位二次曲線變化曲率，可改變會(huì)聚焦距。 二次曲線二次曲線常為圓弧線常為圓弧線（2 2）電子聚焦原理圖解）電子聚焦原理圖解 無偏向無聚無偏向無聚焦發(fā)射焦發(fā)射 各陣元各陣元發(fā)射信號(hào)無發(fā)射信號(hào)無相位差。相位差。疊加聲波最疊加聲波最強(qiáng)區(qū)域強(qiáng)區(qū)域同相位波面同相位波面密集區(qū)域，密集區(qū)域，不偏向，不不偏向，不會(huì)聚。會(huì)聚。 無偏向有聚無偏向有聚焦發(fā)射焦發(fā)射 各陣元各陣元的激勵(lì)信號(hào)的激勵(lì)信號(hào)相位按二次相位按二次曲線變化，曲線變化，疊加超聲最疊加超聲最強(qiáng)區(qū)域強(qiáng)區(qū)域同相位波面同相位波面密集區(qū)域，密集區(qū)域，在焦距內(nèi)逐

10、在焦距內(nèi)逐漸會(huì)聚，在漸會(huì)聚，在焦距外逐漸焦距外逐漸擴(kuò)散。不偏擴(kuò)散。不偏向。向。 無偏向有聚無偏向有聚焦接收焦接收 各陣元各陣元的接收信號(hào)的接收信號(hào)經(jīng)延遲線，經(jīng)延遲線，相位按二次相位按二次曲線變化，曲線變化，使焦點(diǎn)處回使焦點(diǎn)處回波達(dá)到同相波達(dá)到同相位，疊加電位，疊加電路對之有最路對之有最大輸出。接大輸出。接收靈敏區(qū)域收靈敏區(qū)域產(chǎn)生會(huì)聚。產(chǎn)生會(huì)聚。不偏向。不偏向。（3 3）發(fā)射聚焦和接收聚焦的異同及連接）發(fā)射聚焦和接收聚焦的異同及連接 相同相同 信號(hào)相位二次曲信號(hào)相位二次曲線變化延遲線變化延遲 不同不同發(fā)射聚焦：發(fā)射聚焦： 超聲空間疊加，超聲空間疊加， 合成超聲聚焦。合成超聲聚焦。接收聚焦：接收聚

11、焦： 信號(hào)電路疊加，信號(hào)電路疊加， 靈敏范圍聚焦。靈敏范圍聚焦。（4 4）聚焦延遲線計(jì)算公式）聚焦延遲線計(jì)算公式 i i號(hào)陣元距焦點(diǎn)的聲程號(hào)陣元距焦點(diǎn)的聲程( (距離距離)S)Si i： 其中：其中：i=1,2,i=1,2, ,陣元序號(hào)陣元序號(hào) 陣元數(shù)陣元數(shù) L Li ii i號(hào)陣元距線陣組中心距號(hào)陣元距線陣組中心距 F F焦距焦距 d d相鄰陣元中心距相鄰陣元中心距ii號(hào)陣元所接延遲線的延時(shí)量號(hào)陣元所接延遲線的延時(shí)量i i： 其中：其中：c c1540m/s 1540m/s 聲速聲速,22iiLFSdimLi21cLFLFcSSiii2221211 2 3 4 5 6 7 8 9 FL1S1

12、焦點(diǎn)焦點(diǎn)dLiSi（5 5）數(shù)值例）數(shù)值例 設(shè)：設(shè)：F F35mm35mm，d d0.5mm0.5mm，m m8 8，則可求得：，則可求得：S S1 1S S8 835.043723mm 35.043723mm 1 18 80ns0nsS S2 2S S7 735.022314mm 35.022314mm 2 27 713.9ns13.9nsS S3 3S S6 635.008034mm 35.008034mm 3 36 623.17ns23.17nsS S4 4S S5 535.000893mm 35.000893mm 4 45 527.81ns27.81ns三、延遲線三、延遲線（1 1）作

13、用：將信號(hào)延遲）作用：將信號(hào)延遲( (輸出相對于輸入有一定延時(shí)輸出相對于輸入有一定延時(shí)) )。（2 2）分類：）分類： 模擬延遲線：模擬信號(hào)，模擬延遲線：模擬信號(hào)，L+CL+C構(gòu)成，廉，中低檔。構(gòu)成，廉，中低檔。 數(shù)字延遲線：數(shù)字信號(hào)，數(shù)字延遲線：數(shù)字信號(hào)，A/D+RAMA/D+RAM，貴，高檔。，貴，高檔。1.1.模擬延遲線模擬延遲線 以分布參數(shù)長線理論設(shè)計(jì)的集中參數(shù)延遲線。以分布參數(shù)長線理論設(shè)計(jì)的集中參數(shù)延遲線。 假定電阻小到可以忽略，等效電路如下。假定電阻小到可以忽略，等效電路如下。有關(guān)參數(shù)關(guān)系：有關(guān)參數(shù)關(guān)系：C C中電壓產(chǎn)生電場，中電壓產(chǎn)生電場，L L中電流產(chǎn)生磁場。信號(hào)的傳播過中電流

14、產(chǎn)生磁場。信號(hào)的傳播過程，實(shí)質(zhì)上是電磁波在線路中的傳播。有：程，實(shí)質(zhì)上是電磁波在線路中的傳播。有：其中：其中：V Vc c傳播速度，傳播速度，延遲線特性阻抗延遲線特性阻抗當(dāng)當(dāng)=R=RH H與負(fù)載匹配時(shí)，有：與負(fù)載匹配時(shí)，有： t td dL/VL/Vc c其中：其中：t td d延遲時(shí)間，延遲時(shí)間，LL延遲線長度，延遲線長度，R RH H負(fù)載阻抗負(fù)載阻抗2.2.可變延遲電路可變延遲電路（1 1）作用：）作用： 延遲量的數(shù)控分級可變。延遲量的數(shù)控分級可變。111CLVc11CL（2 2）實(shí)際電路）實(shí)際電路圖中延遲線有圖中延遲線有7 7個(gè)抽頭，分別對輸入信號(hào)有不同的延時(shí)，個(gè)抽頭，分別對輸入信號(hào)有不

15、同的延時(shí)，每兩個(gè)相鄰抽頭間的延時(shí)量為每兩個(gè)相鄰抽頭間的延時(shí)量為10ns10ns。用多路轉(zhuǎn)換開關(guān)選通輸出。用多路轉(zhuǎn)換開關(guān)選通輸出。 A A、B B、C C輸入選通控制碼。輸入選通控制碼。選通控制碼與延時(shí)量的關(guān)系如右表。選通控制碼與延時(shí)量的關(guān)系如右表。補(bǔ)充：多路轉(zhuǎn)換開關(guān)簡介補(bǔ)充：多路轉(zhuǎn)換開關(guān)簡介 型號(hào)：型號(hào)： 74HC4051、74HCT4051、 CD4051、MC14051等等 功能同，電壓、速度不同。功能同，電壓、速度不同。 功能：功能： 8選選1，雙向模擬多路開關(guān)。，雙向模擬多路開關(guān)。 引腳功能：引腳功能： I/O0-7： 輸入輸入/ /輸出輸出 O/I ： 公共輸出公共輸出/ /輸入輸入

16、 A, B, C：選通控制碼：選通控制碼 E/： 使能控制使能控制 Vdd, Vss：電源，接地：電源，接地 Vee： 信號(hào)零點(diǎn)信號(hào)零點(diǎn)I/O0I/O1I/O2I/O3I/O4I/O5I/O6I/O7VddVssVeeO/IE/ABC16 13 8 14 7 15 3 12 6 111 510 2 9 4控制輸入控制輸入導(dǎo)通導(dǎo)通開關(guān)開關(guān)E/CBA00000000110010200113010040101501106011171四、動(dòng)態(tài)電子聚焦四、動(dòng)態(tài)電子聚焦 在掃查過程中動(dòng)態(tài)地改變焦點(diǎn)，使整個(gè)探測深度內(nèi)在掃查過程中動(dòng)態(tài)地改變焦點(diǎn)，使整個(gè)探測深度內(nèi)波束都有良好的會(huì)聚。波束都有良好的會(huì)聚。 1.1

17、.等聲速動(dòng)態(tài)電子聚焦等聲速動(dòng)態(tài)電子聚焦（1 1）定義）定義以超聲在人體中的平均探測速度，移動(dòng)波束焦點(diǎn)。以超聲在人體中的平均探測速度，移動(dòng)波束焦點(diǎn)。（實(shí)際上，只能在接收系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)）。（實(shí)際上，只能在接收系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)）。（2 2）探測速度）探測速度V VD D 因接收時(shí)，超聲波在人體內(nèi)往返一次，故：因接收時(shí)，超聲波在人體內(nèi)往返一次，故： V VD Dc/2c/2770m/s770m/s0.77m/ms0.77m/ms0.77mm/us0.77mm/us 即應(yīng)以即應(yīng)以V VD D改變延遲線的延時(shí)分布曲率，即焦距。改變延遲線的延時(shí)分布曲率，即焦距。 需要用專用計(jì)算機(jī)進(jìn)行，速度快，且精度要求高。需要用專用

18、計(jì)算機(jī)進(jìn)行，速度快，且精度要求高。在高檔機(jī)中使用。實(shí)際很少采用。在高檔機(jī)中使用。實(shí)際很少采用。2.2.分段動(dòng)態(tài)電子聚焦（非實(shí)時(shí)）分段動(dòng)態(tài)電子聚焦（非實(shí)時(shí)） （1 1）基本原理）基本原理將探測的深度劃分成將探測的深度劃分成n n段。段。( (通常：通常：n n2 24)4)。 發(fā)射發(fā)射按近、中、遠(yuǎn)場順序，按近、中、遠(yuǎn)場順序，n n個(gè)焦個(gè)焦點(diǎn)，發(fā)射點(diǎn)，發(fā)射n n次。次。 接收接收每次發(fā)射后接收。但只將本次每次發(fā)射后接收。但只將本次發(fā)射焦點(diǎn)附近相應(yīng)的回波數(shù)據(jù)寫發(fā)射焦點(diǎn)附近相應(yīng)的回波數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器。入存儲(chǔ)器。 經(jīng)經(jīng)n n次發(fā)射、接收后的數(shù)據(jù)組合，次發(fā)射、接收后的數(shù)據(jù)組合，獲得一行所有信息。獲得一行所有

19、信息。（2）等效的波束）等效的波束 整個(gè)探測深度內(nèi)都有較高的分辨力。整個(gè)探測深度內(nèi)都有較高的分辨力。 （3 3）優(yōu)缺點(diǎn)）優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 焦點(diǎn)不多，延遲線分級數(shù)少，延遲線轉(zhuǎn)換速度低，電路易實(shí)現(xiàn)。焦點(diǎn)不多，延遲線分級數(shù)少，延遲線轉(zhuǎn)換速度低，電路易實(shí)現(xiàn)。 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 一行信息經(jīng)多次發(fā)射、接收，時(shí)間長，使幀頻低，圖像閃爍。一行信息經(jīng)多次發(fā)射、接收，時(shí)間長，使幀頻低，圖像閃爍。 需對存貯器以需對存貯器以“慢入快出慢入快出”方式寫讀，以穩(wěn)定顯示。方式寫讀，以穩(wěn)定顯示。 雖然多振元組合發(fā)射實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)電子聚焦，但多振雖然多振元組合發(fā)射實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)電子聚焦，但多振元組合發(fā)射、接收，又使換能器的有效孔徑增大，盡管元

20、組合發(fā)射、接收，又使換能器的有效孔徑增大，盡管這一結(jié)果使近場區(qū)增長，遠(yuǎn)場也得到一定程度的改善，這一結(jié)果使近場區(qū)增長，遠(yuǎn)場也得到一定程度的改善，然而孔徑增大意味著近場區(qū)的分辨力降低。改進(jìn)的方法然而孔徑增大意味著近場區(qū)的分辨力降低。改進(jìn)的方法是：采用動(dòng)態(tài)電子聚焦和可變孔徑相結(jié)合的方式工作。是：采用動(dòng)態(tài)電子聚焦和可變孔徑相結(jié)合的方式工作?？勺兛讖绞窃诎l(fā)射、接收過程中實(shí)現(xiàn)的，對于近場，為可變孔徑是在發(fā)射、接收過程中實(shí)現(xiàn)的，對于近場，為縮小孔徑（提高分辨力），發(fā)射、接收用較少的振元；縮小孔徑（提高分辨力），發(fā)射、接收用較少的振元；對于遠(yuǎn)場，為擴(kuò)大孔徑，發(fā)射、接收用較多振元工作。對于遠(yuǎn)場，為擴(kuò)大孔徑，發(fā)射

21、、接收用較多振元工作。這樣保證了近場和遠(yuǎn)場都有較高的分辨力。這樣保證了近場和遠(yuǎn)場都有較高的分辨力。五、發(fā)射聚焦電路五、發(fā)射聚焦電路 1.SSD1.SSD256256型型B B超儀發(fā)射聚焦電路超儀發(fā)射聚焦電路 SSDSSD256256型型B B超儀的收發(fā)電路共有超儀的收發(fā)電路共有1616路，此為其中一路。路，此為其中一路。 組成：延遲線、多路開關(guān)、鎖存器、驅(qū)動(dòng)器等。組成：延遲線、多路開關(guān)、鎖存器、驅(qū)動(dòng)器等。 延遲線分級延遲線分級DLDL101101：10ns10ns，DLDL102102：80ns80ns。 控制控制聚焦碼聚焦碼A A0 0A A5 5 功能功能 多路開關(guān)選多路開關(guān)選 通延遲線抽

22、頭，通延遲線抽頭， 得到不同延時(shí)。得到不同延時(shí)。 控制接通關(guān)系控制接通關(guān)系例：某一控制碼為例：某一控制碼為010 011010 011，高三位高三位010010控制控制ICIC6 6，使延遲線，使延遲線DLDL102102的的3 3抽頭輸出，抽頭輸出，低三位低三位011011控制控制ICIC3 3，使延遲線，使延遲線DLDL101101的的4 4抽頭輸出。抽頭輸出。總的延遲時(shí)間為：總的延遲時(shí)間為： 80802 210103 3190ns190ns改變控制碼改變控制碼A A0 0A A5 5，就能改變總的延遲時(shí)間。，就能改變總的延遲時(shí)間。2.EUB2.EUB240240型型B B超儀超儀 發(fā)射聚

23、焦電路發(fā)射聚焦電路（1 1）硬件組成）硬件組成延遲線：延遲線：DL1DL1DL5 DL5 多路選擇器：多路選擇器：IC3IC3IC7IC7驅(qū)動(dòng)器：驅(qū)動(dòng)器：IC1,IC2,IC8IC1,IC2,IC8（2 2）信號(hào)）信號(hào)輸入：輸入：DPDP脈沖脈沖輸出：輸出：F0/F0/F5/F5/脈沖脈沖控制碼：控制碼：FCN0/FCN0/FCN2/FCN2/（3 3）電路功能）電路功能F0/F0/F5/F5/按二次曲線變按二次曲線變 化延遲?；舆t?？刂拼a不同，二次曲線控制碼不同，二次曲線曲率不同，焦距不同。曲率不同，焦距不同。（4）控制碼）控制碼FCN0-2/與脈沖與脈沖F0-5/延時(shí)延時(shí)的的關(guān)系關(guān)系當(dāng)使

24、用不同頻率的探頭時(shí)，動(dòng)態(tài)聚焦的焦點(diǎn)位置不同，當(dāng)使用不同頻率的探頭時(shí)，動(dòng)態(tài)聚焦的焦點(diǎn)位置不同，因此所需的延遲時(shí)間變化率也不同。共有因此所需的延遲時(shí)間變化率也不同。共有8 8種焦點(diǎn)。種焦點(diǎn)。（5）脈沖）脈沖F0-5/與陣元的觸發(fā)關(guān)系與陣元的觸發(fā)關(guān)系 0 01 0 01 0 02 0 02 0 03 0 03 0 04 0 04 0 01 12 23 34 45 56 67 78 89 91 01 01 11 11 21 2陣 元陣 元延 時(shí) 量延 時(shí) 量近場 N近場 N中場 M中場 M遠(yuǎn)場 F 1遠(yuǎn)場 F 1遠(yuǎn)場 F 2遠(yuǎn)場 F 2二次曲線曲率變化二次曲線曲率變化可見：可見： 每路脈沖激勵(lì)二個(gè)陣元

25、，以每路脈沖激勵(lì)二個(gè)陣元，以F F5 5/ /為中心。為中心。 焦點(diǎn)越遠(yuǎn)，被激勵(lì)的陣元越多，即可變孔徑。焦點(diǎn)越遠(yuǎn)，被激勵(lì)的陣元越多，即可變孔徑。 每次發(fā)射，各陣元激勵(lì)信號(hào)相位均按二次曲線變化，每次發(fā)射，各陣元激勵(lì)信號(hào)相位均按二次曲線變化，但曲線曲率不同，使焦距不同。但曲線曲率不同，使焦距不同。 可得如下聚焦效果：可得如下聚焦效果：作用：對聚焦電路輸出的經(jīng)不同延遲的發(fā)射觸發(fā)脈沖作用：對聚焦電路輸出的經(jīng)不同延遲的發(fā)射觸發(fā)脈沖 （例如（例如F0/F0/F5/F5/）的轉(zhuǎn)接、分配，以實(shí)現(xiàn)掃查。）的轉(zhuǎn)接、分配，以實(shí)現(xiàn)掃查。一、一、SSDSSD256256發(fā)射多路轉(zhuǎn)換開關(guān)發(fā)射多路轉(zhuǎn)換開關(guān)( (簡介）簡介）

26、 線陣：共線陣：共8080個(gè)陣元。對應(yīng)個(gè)陣元。對應(yīng)8080個(gè)發(fā)射脈沖產(chǎn)生器。個(gè)發(fā)射脈沖產(chǎn)生器。 組合：每組合：每5 5個(gè)一組，共分成個(gè)一組，共分成1616組，有組，有1616個(gè)脈沖分配器，個(gè)脈沖分配器， 分配分配1616路經(jīng)不同延時(shí)的發(fā)射觸發(fā)脈沖路經(jīng)不同延時(shí)的發(fā)射觸發(fā)脈沖m1-m16m1-m16。 工作：在多個(gè)控制碼的控制下，每次激勵(lì)工作：在多個(gè)控制碼的控制下，每次激勵(lì)1616個(gè)陣元，個(gè)陣元， 發(fā)射聚焦且?guī)⑵穆暿行蛲七M(jìn)，形成微發(fā)射聚焦且?guī)⑵穆暿?，有序推進(jìn)，形成微 角線形掃查。角線形掃查。( (見見P57,P57,圖圖4-18)4-18)二、二、EUBEUB240240發(fā)射多路開關(guān)發(fā)

27、射多路開關(guān) 結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)與功能（1 1）電路組成）電路組成 8 8選選1 1開關(guān)：開關(guān)：IC9IC9IC32IC32 驅(qū)動(dòng)管：驅(qū)動(dòng)管：TR112TR112TR116TR116（2 2）信號(hào)）信號(hào) 輸入：輸入：F0/F0/F5/F5/ 輸出：輸出：P1P1P16P16 控制：控制：TQATQATQETQE（3 3）電路功能）電路功能 將將F0/F0/F5/F5/對稱地，選擇對稱地，選擇 接通接通P1P1P16P16中的中的1212個(gè)。個(gè)。 控制碼不同，選擇不同?？刂拼a不同，選擇不同。P.58（4 4）連接特點(diǎn)）連接特點(diǎn) FO/ FO/F5/F5/，每個(gè)接，每個(gè)接4 4片片ICIC的的O/I(O

28、/I(圖中圖中Y)Y)。 各片各片ICIC的的I/OI/O0-7 0-7 ( (圖中圖中D D1-8 1-8 ) )接接P1-P16P1-P161616個(gè)發(fā)射脈個(gè)發(fā)射脈 沖發(fā)生器。接法不同，有序。沖發(fā)生器。接法不同，有序。 TQA TQATQCTQC接各片接各片ICIC的的A-CA-C。 TQE TQETQD/,TQD/, TQD TQD接單號(hào)接單號(hào)ICIC的的E/(E/(圖中圖中G)G)。TQDTQD0 0，單號(hào)有效。，單號(hào)有效。 TQETQE接雙號(hào)接雙號(hào)ICIC的的E/(E/(圖中圖中G)G)。TQETQE0 0，雙號(hào)有效。，雙號(hào)有效。（5 5）幾點(diǎn)說明）幾點(diǎn)說明 因因1212個(gè)陣元對稱觸

29、發(fā)，故僅需個(gè)陣元對稱觸發(fā)，故僅需6 6個(gè)信號(hào)個(gè)信號(hào)(F0/(F0/F5/)F5/)。 因?qū)ΨQ觸發(fā)，故不存在偏向。因?qū)ΨQ觸發(fā)，故不存在偏向。（6 6）具體分析例）具體分析例 當(dāng)當(dāng)TQETQETQATQA10 00010 000時(shí)：時(shí)： 雙號(hào)雙號(hào)ICIC無效，單號(hào)無效，單號(hào)ICIC有效。有效。 多路開關(guān)多路開關(guān)I/O0(D1)I/O0(D1)開通。開通。 F0P1F0P1，P12P12； F1P2F1P2，P11P11； F5P6 F5P6，P7P7。 當(dāng)當(dāng)TQETQETQATQA10 00110 001時(shí)：時(shí)： 雙號(hào)雙號(hào)ICIC無效，單號(hào)無效，單號(hào)ICIC有效。有效。 多路開關(guān)多路開關(guān)I/O1(

30、D2)I/O1(D2)開通。開通。 F0P2F0P2，P13P13； F1P3F1P3，P12P12； F5P7 F5P7，P8P8。（7 7）控制碼與）控制碼與F0F0F5F5的分配輸出關(guān)系的分配輸出關(guān)系注：注：HP1HP16P1P6接接16個(gè)發(fā)射脈沖發(fā)生器個(gè)發(fā)射脈沖發(fā)生器 作用：由觸發(fā)脈沖產(chǎn)生對陣元的發(fā)射激勵(lì)脈沖。作用：由觸發(fā)脈沖產(chǎn)生對陣元的發(fā)射激勵(lì)脈沖。 要求：波形要求：波形最好是單個(gè)單極性脈沖。最好是單個(gè)單極性脈沖。 脈幅脈幅決定輸出功率（與材料有關(guān)），約決定輸出功率（與材料有關(guān)），約100V100V。 EUBEUB240240：125V125V； SSDSSD256256：120V1

31、20V。 脈寬脈寬決定軸向分辨力（與工作頻率有關(guān)）。決定軸向分辨力（與工作頻率有關(guān)）。120v左右左右0v發(fā)射激勵(lì)脈沖發(fā)射激勵(lì)脈沖5v0v觸發(fā)脈沖觸發(fā)脈沖 (Fi /)一、一、EUBEUB240240型型B B超發(fā)射脈沖產(chǎn)生電路超發(fā)射脈沖產(chǎn)生電路 組成及作用組成及作用ICIC3333：驅(qū)動(dòng)門：驅(qū)動(dòng)門( (與非門與非門) )倒相、電平提升。倒相、電平提升。TRTR1 1： 開關(guān)場效應(yīng)管開關(guān)場效應(yīng)管工作狀態(tài)控制。工作狀態(tài)控制。C C1717： 儲(chǔ)能電容儲(chǔ)能電容儲(chǔ)備發(fā)射能量。儲(chǔ)備發(fā)射能量。D D1 1、D D1717：隔離二極管：隔離二極管接收時(shí)與接收電路隔離。接收時(shí)與接收電路隔離。L L：峰化電感

32、：峰化電感減小減小C C0 0引起的振蕩，使脈沖變窄。引起的振蕩，使脈沖變窄。T T：陣元：陣元換能。換能。 C C0 0：陣元的靜態(tài)分布電容：陣元的靜態(tài)分布電容 工作過程工作過程 觸發(fā)脈沖未到前觸發(fā)脈沖未到前電容電容C C1717充電充電 F Fi i“1”, V1”, Vg g 0V, TR10V, TR1截止，截止，E E R1,C17,R221R1,C17,R221 C C1717充電充電 觸發(fā)脈沖到來時(shí)觸發(fā)脈沖到來時(shí)電容電容C C1717放電放電F Fi i“0”, V0”, Vg g12V, TR112V, TR1導(dǎo)通，導(dǎo)通， C C1717對對T T放電，與放電，與T T諧振產(chǎn)生

33、振蕩：諧振產(chǎn)生振蕩： T T兩端振蕩電壓，因逆向壓電效應(yīng)使兩端振蕩電壓，因逆向壓電效應(yīng)使T T產(chǎn)生超聲輸出。產(chǎn)生超聲輸出。Fi充電充電放電放電振蕩振蕩)(21017CCLf 觸發(fā)脈沖后沿結(jié)束后觸發(fā)脈沖后沿結(jié)束后衰減振蕩衰減振蕩并聯(lián)并聯(lián)L L，加速，加速C C0 0放電。放電。但但L L與與C C0 0構(gòu)成構(gòu)成振蕩回路激起后沿振蕩回路激起后沿的衰減振蕩。的衰減振蕩。各點(diǎn)波形見圖。各點(diǎn)波形見圖。二、二、SSDSSD256256型發(fā)射脈沖產(chǎn)生電路型發(fā)射脈沖產(chǎn)生電路 電路構(gòu)成電路構(gòu)成-15V發(fā)射門控電路發(fā)射門控電路脈沖發(fā)射電路脈沖發(fā)射電路接收門控電路接收門控電路接收通道電子開關(guān)接收通道電子開關(guān) 工作過

34、程工作過程（1 1）發(fā)射）發(fā)射 TX GATE TX GATE“1”1”， TRTR2 2、TRTR1 1截止，截止， 電源電源120V120V R3R3，R2R2 C C1 1充電充電 TX GATE TX GATE“0”0”， TRTR2 2、TRTR1 1導(dǎo)通，導(dǎo)通， D D1 1導(dǎo)通導(dǎo)通，C C1 1對對T T放電，產(chǎn)生振蕩，發(fā)射超聲波。放電，產(chǎn)生振蕩，發(fā)射超聲波。 D D2 2，D D3 3也可導(dǎo)通，也可導(dǎo)通，但但D D4 4截止，故接收關(guān)閉。截止，故接收關(guān)閉。（2 2）接收）接收 RX GATE RX GATE“1”1”，TRTR3 3截止，截止，V VA A-15V,-15V,使

35、使D D4 4截止。截止。 RX GATE RX GATE“0”0”，TRTR3 3導(dǎo)通，導(dǎo)通，V VA A5V,5V, D D2 2，D D3 3，D D4 4導(dǎo)通，接收通道開通。導(dǎo)通，接收通道開通。-15V放電振放電振蕩蕩充電充電（1 1）二極管開關(guān)）二極管開關(guān) 用途：脈沖發(fā)生器與陣元之間的轉(zhuǎn)接。用途：脈沖發(fā)生器與陣元之間的轉(zhuǎn)接。 意義：安裝在探頭中，減少主機(jī)與探頭之間的連線。意義：安裝在探頭中，減少主機(jī)與探頭之間的連線。（2 2）二極管開關(guān)控制電路）二極管開關(guān)控制電路 用途：對二極管開關(guān)的控制。安裝在主機(jī)中。用途：對二極管開關(guān)的控制。安裝在主機(jī)中。一、二極管開關(guān)電路一、二極管開關(guān)電路（1

36、 1）組成）組成 D D：開關(guān)二極管：開關(guān)二極管 C C：隔直電容：隔直電容 R R：二極管限流電阻：二極管限流電阻 L L：峰化電感：峰化電感 T T：振元：振元 D D與與T T一一對應(yīng)，一一對應(yīng)，（2 2）連接）連接 F F輸入，接發(fā)射脈沖產(chǎn)生電路。輸入，接發(fā)射脈沖產(chǎn)生電路。 H H輸出，接接收放大電路。輸出，接接收放大電路。 K K輸入，接二極管開關(guān)控制電路。（見下圖輸入，接二極管開關(guān)控制電路。（見下圖) ) （3 3）控制）控制 K K-150V-150V時(shí)，時(shí)，D D截止截止( (因發(fā)射脈沖因發(fā)射脈沖-125V)-125V)。陣元不通。陣元不通。 K K+8V+8V時(shí)，時(shí)，D D導(dǎo)

37、通導(dǎo)通( (但發(fā)射脈沖但發(fā)射脈沖+8V)+8V)。陣元可通。陣元可通。（4 4）連接方式例）連接方式例8080個(gè)陣元與個(gè)陣元與F F、H H、K K的連接。的連接。 （非非EUB-240型型B超用）超用）F1F1F15(H1-H15)F15(H1-H15)，1515根；根；K1K1K16K16，1616根。共根。共3131根，連線減少。根，連線減少。按表按表4 41111、表、表4 41212構(gòu)成的二極管開關(guān)陣列圖構(gòu)成的二極管開關(guān)陣列圖F1(H1)F3F2(H2)二、二極管開關(guān)控制電路二、二極管開關(guān)控制電路（1 1）電路組成）電路組成 IC48IC48：ROMROM； IC51-IC53IC5

38、1-IC53：3-83-8譯碼器；譯碼器； IC54-IC63IC54-IC63：與非門；：與非門； 虛框中：電平轉(zhuǎn)換電路。虛框中：電平轉(zhuǎn)換電路。（2 2）輸入輸出）輸入輸出 ROMROM地址：接地址：接CPUCPU數(shù)據(jù)總線。數(shù)據(jù)總線。 CNT1-CNT19CNT1-CNT19： 接二極管開關(guān)的控制端接二極管開關(guān)的控制端K K。 1 1ROMROM 存儲(chǔ)二極管開關(guān)控制程序，存儲(chǔ)二極管開關(guān)控制程序，根據(jù)掃描方式而確定其編碼。根據(jù)掃描方式而確定其編碼。由由CPUCPU根據(jù)不同時(shí)間寫入控制根據(jù)不同時(shí)間寫入控制字作為讀取地址。字作為讀取地址。2.2.譯碼電路譯碼電路 型號(hào)：型號(hào)：74HC13874HC

39、138， 引腳功能引腳功能 G1G1、G2/G2/使能，使能， A A、B B、C C譯碼輸入，譯碼輸入， Y0/Y0/Y7/Y7/輸出。（真值表如下）輸出。（真值表如下） 工作關(guān)系工作關(guān)系 三極管作倒相器，三極管作倒相器，IC51, IC52, IC53IC51, IC52, IC53 不會(huì)同時(shí)有效，僅一路輸出，控制多個(gè)不會(huì)同時(shí)有效，僅一路輸出，控制多個(gè) 與非門有效，使多個(gè)陣元工作。與非門有效，使多個(gè)陣元工作。 ROM ROM讀出字與讀出字與CNT1-CNT19CNT1-CNT19的關(guān)系的關(guān)系（由此可推出：（由此可推出：IC51-IC53IC51-IC53IC54-IC63IC54-IC63

40、之間的連接關(guān)系）之間的連接關(guān)系）3.3.電平轉(zhuǎn)換電路電平轉(zhuǎn)換電路(1)(1)A=“0” (0.3V)A=“0” (0.3V)(2)(2) T T1 1截止，截止，T T2 2無基流截止，無基流截止，T T3 3無通路截止，無通路截止，T T5 5反偏截反偏截止。止。 T T4 4基極被基極被-150V-150V拉低，使射極拉低，使射極-150V+0.7V-150V+0.7V。 故故CNT1-150VCNT1-150V，使，使D D截止。截止。(2)A=“1” (3.5V) (2)A=“1” (3.5V) T T1 1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T T2 2導(dǎo)通，導(dǎo)通，T T3 3導(dǎo)通。導(dǎo)通。 T T5 5基極基極=8-0.3=8-0.32=7.4V2=7.4V，T T5 5導(dǎo)通，導(dǎo)通，T T4 4反偏截止。反偏截止。 故故CNT1CNT18V8V，使，使D D導(dǎo)通。導(dǎo)通。 線陣掃查切換手段線陣掃查切換手段