典型操作單元的控制傳熱機(jī)械設(shè)備的控制講座

典型操作單元的控制傳熱設(shè)備的控制戴連奎浙江大學(xué)智能系統(tǒng)與決策研究所浙江大學(xué)信息學(xué)院控制系2000/12/01內(nèi)容b

引言b

熱交換過(guò)程的靜態(tài)特性b

換熱設(shè)備的控制b

加熱爐的控制b

鍋爐設(shè)備的控制熱交換過(guò)程的靜態(tài)特性問(wèn)題：針對(duì)逆流單程列管式熱交換器，巳知入口條件（G1,T1i,G2,T2i）,要求計(jì)算穩(wěn)定條件下工藝介質(zhì)與載熱體的出口溫度（T1o,T2o）。其中c1,

c2分別為相應(yīng)介質(zhì)的比熱。熱交換過(guò)程的熱量平衡方程假設(shè)工藝介質(zhì)與載熱體均無(wú)相變，而且沒(méi)有熱損失。即被加熱物料得到的熱量/單位時(shí)間?

=載熱體放出的熱量/單位時(shí)間熱交換過(guò)程的傳熱速率方程K

為傳熱系數(shù)；Fm

為傳熱面積；ΔTm

為傳熱壁兩側(cè)流體的平均溫差.對(duì)于逆流單程換熱器，可取對(duì)數(shù)平均值?若在1/3

~

3之間，則可用算術(shù)平均近似熱交換過(guò)程的靜態(tài)方程熱交換過(guò)程的靜態(tài)特性分析嚴(yán)重非線性，若其它環(huán)節(jié)為線性，調(diào)節(jié)閥需選用等百分?jǐn)?shù)閥。換熱設(shè)備的控制方法b

被控變量被加熱/冷卻介質(zhì)的出口溫度（無(wú)相變）；加熱/冷卻所需的熱量（有相變），如精餾塔底再沸器的蒸發(fā)量。b

控制變量調(diào)載熱體的流量；(2)調(diào)節(jié)傳熱平均溫差；(3)

調(diào)傳熱面積； (4)將工藝介質(zhì)分路，一路經(jīng)換熱，另一路走旁路。換熱設(shè)備的控制方案加熱爐的控制問(wèn)題b

被控變量：工藝介質(zhì)的出口溫度。b

控制變量：燃料油或燃料氣的流量。b

主要干擾：工藝介質(zhì)的進(jìn)料溫度、流量、組分；燃料油/燃料氣的壓力、流量、成分（或熱值）；燃料油的霧化情況；空氣充分情況；火嘴的阻力，爐膛壓力等。b對(duì)象特性建模方法：定性分析+實(shí)驗(yàn)測(cè)試，通?？捎靡浑A加純滯后環(huán)節(jié)來(lái)近似。加熱爐的單回路控制加熱爐的串級(jí)控制催化裂化加熱爐的控制系統(tǒng)加熱爐的安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)LS：低選器；BS：火焰檢測(cè)器；GL1：燃料氣流量過(guò)低聯(lián)鎖裝置；GL2：進(jìn)料流量過(guò)低聯(lián)鎖裝置。鍋爐設(shè)備的工藝流程鍋爐設(shè)備的控制問(wèn)題系統(tǒng)分解：（1）鍋爐汽包水位的控制；（2）鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制；（3）過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)的控制。汽包水位的控制問(wèn)題b

被控變量：汽包水位，用H

(s)表示b

控制變量：汽包給水量，用G

(s)表示b

主要干擾：蒸汽負(fù)荷（蒸汽流量），用D

(s)表示b

通道對(duì)象：非自衡、非最小相位、非線性等特性汽包水位的對(duì)象特性干擾通道特性控制通道特性非最小相位特性對(duì)象為非最小相位（存在位于復(fù)平面右半平面的零點(diǎn)）的條件為汽包水位的單沖量控制液位非自衡對(duì)象響應(yīng)測(cè)試（1）手動(dòng)改變控制器的輸出信號(hào)u(k)，觀察被控變量y(k)的

變化過(guò)程。（2）由階躍響應(yīng)曲線得到對(duì)象基本特征參數(shù)。非自衡對(duì)象特征參數(shù)的獲得Kp

(穩(wěn)態(tài)輸出斜率)：其中umax、umin與ymax、ymin為輸入輸出的量程上下限；若巳歸一化，則umax－umin

=1,ymax－ymin

=1。T0

(純滯后時(shí)間)：非自衡對(duì)象PID控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)：穩(wěn)定條件：非自衡對(duì)象

PID參數(shù)整定原則PID參數(shù)初始值的選擇：將上述PID控制器投入“Auto”（自動(dòng)）方式，并適當(dāng)改變控制回路的設(shè)定值，觀察控制系統(tǒng)跟蹤性能。若響應(yīng)過(guò)慢，而且無(wú)超調(diào)存在，則適當(dāng)加大Kc值，例如增大到原來(lái)的兩倍；反之，則減小Kc值。汽包水位的雙沖量控制前饋補(bǔ)償原理：假設(shè)調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥，

C1=1，則調(diào)節(jié)器為正

作用，而C2應(yīng)取負(fù)號(hào)，具體數(shù)值可現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整或根據(jù)閥門特性計(jì)算其初始值。汽包水位的三沖量控制三沖量控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化連接鍋爐蒸汽壓力控制和燃料與空氣比值控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)：I1=

I2

=

I3

=

I4

=

IpQ1

=

KQ2分析提降量過(guò)程？練習(xí)題對(duì)于鍋爐汽包水位的控制問(wèn)題，可采用如圖所示的簡(jiǎn)化的三沖量

控制系統(tǒng)。假設(shè)調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥，要求（1）結(jié)合汽包水位的控制對(duì)象，畫出完整的系統(tǒng)方框圖，并注明

各方框圖的輸入輸出變量意義；（2）確定C1，C2，C3與調(diào)節(jié)器的正反作用方向，并說(shuō)明C2與C3數(shù)值確定方法。第3講

醫(yī)學(xué)超聲成像技南方醫(yī)術(shù)科術(shù)大學(xué)匯報(bào)人姓名主要內(nèi)容超聲成像基本原理——超聲回波法醫(yī)學(xué)超聲設(shè)備的分類超聲診斷儀的主要參數(shù)7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義31Part

.01超聲成像基本原理——超聲回波法超聲回波法把幾兆赫至幾十兆赫的高頻聲脈沖發(fā)射到生物體內(nèi)，再接收反射波（回波），這種方法稱為超聲脈沖回波法。脈沖寬度：幾微秒脈沖間隔：幾百微秒（接收放大器處理回波的時(shí)間）脈沖回波法最早較早是應(yīng)用于雷達(dá)和聲納。回波時(shí)間t、探測(cè)距離L的關(guān)系，c為聲速7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義337/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義347/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義35超聲回醫(yī)學(xué)波超聲儀器法原理講示義

意圖7/24/202336儀器基本框圖發(fā)射通道：時(shí)鐘電路（同步脈沖發(fā)生器）、發(fā)射器（高頻脈沖發(fā)生器）、換能器（探頭）接收通道：接收換能器、射頻放大器（RFA）、7/2檢4/2023

波及抑制電路、視頻醫(yī)學(xué)超聲放儀器原大理講義器（UFA）37Part

.022醫(yī)學(xué)超聲設(shè)備的分類A型超聲A型超聲診斷儀因其回聲顯示采用幅度調(diào)制

(Amplitude

Modulation)而得名。A型顯示是超聲診斷儀最基本的一種顯示方式，即在陰極射線管(CRT)熒光屏上，以橫坐標(biāo)代表被探測(cè)物體的深度，縱坐標(biāo)代表回波脈沖的幅度，故由探頭(換能器)定點(diǎn)發(fā)射獲得回波所在的位置可測(cè)得人體臟器的厚度、病灶在人體組織中的深度以及病灶的大小。根據(jù)回波的其他一些特征，如波幅和波密度等，7/2還4/2023

可在一定程度上對(duì)病醫(yī)學(xué)超聲灶儀器原進(jìn)理講義行定性分析。397/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義40由于A型顯示的回波圖，只能反映局部組織的回波信息，不能獲得在臨床診斷上需要

的解剖圖形，且診斷的準(zhǔn)確性與操作醫(yī)師

的識(shí)圖經(jīng)驗(yàn)關(guān)系很大，因此其應(yīng)用價(jià)值已

漸見(jiàn)低落，即使在國(guó)內(nèi)，A型超聲診斷儀也很少生產(chǎn)和使用了。7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義41M型超聲7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義42M型超聲成像診斷儀適用于對(duì)運(yùn)動(dòng)臟器，如心臟的探查。由于其顯示的影像是由運(yùn)動(dòng)回波信號(hào)對(duì)顯示器掃描線實(shí)行輝度調(diào)制，并按時(shí)間順序展開(kāi)而獲得一維空間多點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)序（motion-time）圖，故稱之為M型超聲成像診斷儀，其所得的圖像也叫做超聲心動(dòng)圖。7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義437/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義44M型超聲診斷儀發(fā)射和接收工作原理與A型有些相似，不同的是其顯示方式。對(duì)于運(yùn)動(dòng)臟器，由于各界面反射回波的位置及信號(hào)大小是隨時(shí)間而變化的，如果仍用幅度調(diào)制的A型顯示方式進(jìn)行顯示，所顯示波形會(huì)隨時(shí)間而改變，得不到穩(wěn)定的波形圖。因此，M型超聲診斷儀采用輝度調(diào)制的方法，使深度方向所有界面反射回波用亮點(diǎn)形式在顯示器垂直掃描線上顯示出來(lái)，隨著臟器的運(yùn)動(dòng)，垂直掃描線上的各點(diǎn)將發(fā)生位置上的變動(dòng)，定時(shí)地采樣這些回波并使之按時(shí)間先后逐行在屏上顯示出來(lái)。圖中可以看出，由于臟器的運(yùn)動(dòng)變化，活動(dòng)曲線的間隔亦隨之發(fā)生變化，如果臟器中某一界面是457/2靜4/2023

止的，活動(dòng)曲線將變醫(yī)學(xué)超聲為儀器原水理講義平直線。7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義46M型超聲診斷儀對(duì)人體中的運(yùn)動(dòng)臟器，如心臟、胎兒胎心、動(dòng)脈血管等功能的檢查具有優(yōu)勢(shì)，并可進(jìn)行多種心功能參數(shù)的測(cè)量，如心臟瓣膜的運(yùn)動(dòng)速度、加速度等。但M型顯示仍不能獲得解剖圖像，它不適用于對(duì)靜態(tài)臟器的診查。7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義47B型超聲7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義48為了獲得人體組織和臟器解剖影像，繼A型超聲診斷儀應(yīng)用于臨床之后，B型、P型、BP型、C型和F型超聲成像儀又先后問(wèn)世，由于它們的一個(gè)共同特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體組織和臟器的斷層顯示，通常將這類儀器稱為超聲斷層掃描診斷儀。雖然B型超聲成像診斷儀因其成像方式采用輝度調(diào)制(Brightness

Modulation)而得名，其影像所顯

示的卻是人體組織或臟器的二維超聲斷層圖(或稱

剖面圖)，對(duì)于運(yùn)動(dòng)臟器，還可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示。7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義497/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義50C型超聲C型掃查，又稱C型顯示，“特定深度掃查”

(constant

depth

mode)。與B型掃查一樣都是輝度調(diào)制的二維切面象顯示方式，所不同的是B型掃查所獲得的是超聲波束掃查平面本身的切面象，即縱向切面象?？上в捎贑型掃查的靈敏度較低，顯象速度不易提高，使C型掃查技術(shù)的發(fā)展受到7/2限4/2023

制。醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義

517/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義527/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義53D型超聲D型超聲成像診斷儀也即超聲多普勒診斷儀，它是利用聲學(xué)多普勒原理，對(duì)運(yùn)動(dòng)中的臟器和血液所反射回波的多普勒頻移信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并處理，轉(zhuǎn)換成聲音、波形、色彩和輝度等信號(hào)，從而顯示出人體內(nèi)部器官的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。超聲多普勒診斷儀主要分為3種類型：即連續(xù)式超聲多普勒(continuous

wave

doppler)成像診斷儀脈沖式超聲多普勒(pulsed

wave

doppler)成像診斷儀實(shí)時(shí)二維彩色超聲多普勒血流成像(color

doppler547/24/2023

flow

image)診斷儀。醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義F型超聲55F型掃查，又稱F型顯示。它與C型掃進(jìn)原理上是相似的。區(qū)別僅在于：在掃查一幅圖像的過(guò)程中，

C型掃查平面距探頭的深度是不變的，而F型掃查面距探頭的深度是一變量，不是一個(gè)常量。根據(jù)成像需要可作相應(yīng)變動(dòng)，從而可獲得7/2斜4/2023

面、曲面的F型醫(yī)圖學(xué)超聲儀像器原理講義7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義56P型超聲7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義57又稱P型顯示，它可視為一種持殊的B型顯示，超聲換能器置于圓周的中心，徑向旋轉(zhuǎn)掃查線與顯示器上的徑向掃描線作同步的旋轉(zhuǎn)。主要適用于對(duì)肛門、直腸內(nèi)腫瘤、食道癌及子宮頸癌的檢查，亦可用于對(duì)尿道、膀胱的檢查。P型超聲診斷儀所使用的探頭稱為徑向掃描探頭，如尿道探頭，直腸探頭都屬于徑向掃描探頭。掃

描時(shí)探頭置于體腔內(nèi)，如食道、胃或直腸等。7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義587/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義59Part

.013超聲診斷儀的主要參數(shù)主要參數(shù)7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義61表征超聲診斷儀性能的參數(shù)，從大的方面可分為三類，這就是：聲系統(tǒng)參數(shù)圖

像

特

性參數(shù)電氣特性參數(shù)在眾多的參數(shù)中，我們只討論其中幾個(gè)主要參數(shù)。聲系統(tǒng)參數(shù)：聲輸出的強(qiáng)度、總功率等；

超聲場(chǎng)的時(shí)頻特性，如波型、持續(xù)時(shí)間、脈沖重復(fù)頻率、脈沖形狀、頻率、脈沖帶寬等；

聲場(chǎng)分布特性，如換能器類型、波束形狀、聚焦特性、景深等。7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義62圖像特性參數(shù)：分辨力；位置記錄精度；深度測(cè)量精度；幀頻；存貯器的容量；圖像處理能力。7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義63電氣特性參數(shù)：靈敏度；增益及TGC指標(biāo)；壓縮特性及動(dòng)態(tài)范圍；顯示器的動(dòng)態(tài)范圍；系統(tǒng)的帶寬等。7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義64Part

.02幾個(gè)主要參數(shù)動(dòng)態(tài)范圍顯示信號(hào)的最大水平與最小水平的比稱為動(dòng)態(tài)范圍(Dynamic

Range,DR)，DR描述了信號(hào)幅度變化的大小，一般用分貝[dB]值表示。式中：Umax—信號(hào)最大值，Umin

—信號(hào)最小7/24/2值02366醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義生物組織的聲界面特性，組織吸收（超聲衰減）特性及探測(cè)深度決定了信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義67因此動(dòng)態(tài)范圍DR通常由兩個(gè)部分組成：聲界面特性（聲阻抗差）所確定的信號(hào)幅度變化（SDR）超聲在組織傳播過(guò)程中衰減所引起的信號(hào)幅度變化，超聲傳播衰減取決于組織特性（超聲衰減系數(shù)

）與傳播距離（L）由此超聲回波總動(dòng)態(tài)范圍可寫為：DR

=

2 L

+

SDR對(duì)動(dòng)態(tài)范圍的影響因素7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義68超聲在生物組織中傳播所產(chǎn)生的全部回波；

超聲發(fā)射功率、接受放大器的等效輸入噪聲；終端顯示裝置的動(dòng)態(tài)范圍；動(dòng)態(tài)壓縮方法時(shí)間增益控制——補(bǔ)償傳輸衰減幅度增益控制——使有用信號(hào)相對(duì)壓縮線形范圍線性范圍，一般指的是儀器中放大器線性范圍，它給出放大器輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間成線性關(guān)系的區(qū)域。即Uo

=

KUi線性關(guān)系也用分貝值來(lái)表示式中：Umax—信號(hào)最大值，Umin

—信號(hào)最小值，可7/24/20見(jiàn)23線性放大器的線性醫(yī)學(xué)范超聲儀圍器原理講即義

是動(dòng)態(tài)范圍697/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義70當(dāng)輸出信號(hào)的最大幅度保持不變時(shí)，輸入信號(hào)的線性范圍將隨著K值的減小而增大。7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義71分辨率7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義72分辨力指成像系統(tǒng)能分辨空間尺寸的能力，即能把兩點(diǎn)區(qū)分開(kāi)來(lái)的最短距離。超聲顯像儀的分辨力是衡量其質(zhì)量好壞的最重要的指標(biāo)，分辨力越高，越能顯示出臟器的細(xì)小結(jié)構(gòu)。7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義73超聲成像的分辨力有橫向分辨力和縱向分辨力之分。前者是指垂直于超聲脈沖束方向上的分辨力，后者是沿波束軸方向上的分辨力。這兩種分辨力的大小差別很大，縱向分辨力總是優(yōu)于橫向分辨力。而且，垂直于波束軸的兩個(gè)維上的橫向分辨力也往往不同。影響橫向分辨力和縱向分辨力的因素各不相同，7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義74橫向分辨力又稱側(cè)向分辨力，它表示區(qū)分處于聲束軸垂直的平面上的兩個(gè)物體的能力。超聲波束直徑尺寸直接影響橫向分辨力，波束直徑越細(xì)，能分辨的尺度越小，橫向分辨力越高。7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義75影響橫向分辨率的因素顯示熒光點(diǎn)尺寸的影響波束直徑尺寸的影響

動(dòng)態(tài)范圍的影響7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義767/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義777/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義78儀器的圖像質(zhì)量主要取決于橫向分辨力。橫向分辨力好，圖像細(xì)膩，小結(jié)構(gòu)就能顯示清楚。橫向分辨力主要由換能器的尺寸、形狀、發(fā)射頻率、聚焦等因素決定。當(dāng)顯示屏光點(diǎn)尺寸較大時(shí)，也會(huì)影響橫向分辨力。此外，隨著深度的增加，脈沖頻譜中的各種頻率成分的衰減情況也不同，這個(gè)因素也潛在地影響著橫向分辨力?，F(xiàn)代化的顯像儀橫向分辨力可優(yōu)于2mm。7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義79縱向分辨力又稱軸向分辨力或距離分辨力，表示在聲束軸線方向上對(duì)相鄰兩回聲點(diǎn)的分辨力。縱向分辨力與發(fā)射超聲頻率有關(guān)，因?yàn)槁暡ǖ目v向分辨力理論極限為聲波的半波長(zhǎng)。頻率越高，波長(zhǎng)越短?？v向分辨力與超聲脈沖的持續(xù)時(shí)間有關(guān)，脈沖持續(xù)時(shí)間越短，即脈沖越窄，縱向分辨力越高。超聲脈沖持續(xù)時(shí)間與發(fā)射電脈沖寬度及換能器阻7/2尼4/2023

有關(guān)。醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義

80影響縱向分辨率的因素脈沖寬度的影響增益大小的影響7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義817/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義827/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義83色散吸收對(duì)橫向、縱向分辨率的影響7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義84吸收與頻率的關(guān)系——頻率越高，吸收越強(qiáng)；頻譜中心向低頻偏移；波束變寬；前沿變壞；理想的情況下，工作頻率越高，分辨率越高；生物組織的平均衰減系數(shù)接近1dB/cm·MHz；頻率3MHz—深度20

cm—衰減60dB，94%頻率10MHz—深度20

cm—衰減200dB，99.5%在大多數(shù)情況下，最佳工作頻率就是超聲波穿透深度不超過(guò)200個(gè)波長(zhǎng)時(shí)就能達(dá)到被探測(cè)臟器的

那個(gè)頻率；例如：頻率為3MHz時(shí)，波長(zhǎng)是0.51mm它能夠像。7/2形4/2023

成102mm深處組織的醫(yī)學(xué)良超聲儀好器原理講圖義85帶寬7/24/202386醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義工作頻率超聲診斷儀的工作頻率，根據(jù)兩個(gè)方面因素作最佳的選擇。首先，從分辨力的角度說(shuō)，增高頻率，可以改善分辨力。頻率越高，波長(zhǎng)越短，則波束的指向性越好（近場(chǎng)距離大，而發(fā)散角?。瑱M向和縱向分辨力都能提高。其次，從穿透深度的角度來(lái)看，工作頻率越高，則衰減成正比地增加，必然使探測(cè)深度減小。若7/2要4/2023

求較大的穿透深度，醫(yī)學(xué)超聲就儀器原得理講義取較低的工作頻率。87因此，在設(shè)計(jì)中不得不在工作深度與頻率之間取合理的折衷。比如眼科應(yīng)用中，所要求深度小，可以用高頻率以提高分辨力，一般用10MHz。而

要穿透較大深度（如腹腔）時(shí)，則只能取較低工作頻率。通用B型超聲診斷儀的工作頻率一般在

3.5MHz，有些診斷儀配有多種不同頻率的的需要。7/2探4/2023

頭以滿足不同檢醫(yī)查學(xué)超聲儀深器原理講度義88常用超聲診斷儀的超聲頻率；動(dòng)態(tài)范圍分辨率(波長(zhǎng)mm)頻率(MHz)10dB1.520dB2.530dB3.010.253.754.52.50.91.51.850.450.750.910學(xué)0.2750.3750.45作用距離（穿透深度）指儀器發(fā)射的超聲波束可以穿透并能顯示出回聲圖像的被測(cè)介質(zhì)深度。超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的作用距離，通常要滿足處于相當(dāng)深度上的各種器官的成像需要，如腹部成像就需要有20cm的工作距離，而用于眼球的深度為

10cm。影響作用距離的主要因素是脈沖信號(hào)在傳播途中的衰減，這是由于組織的吸收、反射、折射、散射等原因引起的。7/24/2023

醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義

90要提高儀器的探測(cè)深度，有三個(gè)方面的途徑。

降低工作頻率。但降低工作頻率，則分辨力也隨之降低，這是一個(gè)限制。

提高接收機(jī)的靈敏度和擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍，使能接收較遠(yuǎn)距離的微弱的反射信號(hào)，但這要受到換能器噪聲的限制，信噪比極限對(duì)診斷超聲的最大穿透深度上的限制為300個(gè)波長(zhǎng)左右。

加大發(fā)射功率，使遠(yuǎn)距離的微小聲阻抗差也能產(chǎn)生較強(qiáng)反射，從而使更遠(yuǎn)距離的病灶也能被探測(cè)到，但要考慮安全劑量的限制。7/24/2023

考慮到各方面的指醫(yī)標(biāo)學(xué)超聲，儀器原理應(yīng)講義合理選取作用距離。91脈沖重復(fù)頻率7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義92指脈沖工作方式超聲儀器每秒鐘重復(fù)發(fā)射超聲脈沖的次數(shù)，即探頭激勵(lì)脈沖的頻率。重復(fù)頻率主要取決于所需探測(cè)的最大深度以及掃描的回掃時(shí)間。設(shè)最大深度L=20cm，超聲速度c=1540/s，則探測(cè)最大深度所需時(shí)間為2L/c，最大重復(fù)頻率為：7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義93重復(fù)頻率過(guò)高，會(huì)造成多重界面的重復(fù)反射而互相干擾，使回波圖形混亂和模糊。通常選用頻率在50~2000Hz之間。M型超聲多采用1000次/s，脈沖持續(xù)時(shí)間1.5微秒。斷層顯像儀為了提高幀頻，選用3000Hz7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義94幀頻7/24/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義95成像系統(tǒng)每秒鐘可以成像的幀數(shù)稱為幀頻。動(dòng)畫顯示：畫面幀頻必須達(dá)到一定的數(shù)目電視------30幀/秒電影------24幀/秒通常幀頻>10幀/秒，為實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)；幀頻<10幀/秒，為靜止成像系統(tǒng)。超聲波在生物體內(nèi)往復(fù)的時(shí)間如果把診斷的深度定為15cm