医药卫生超声机器原理介绍.pptx

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1、超声诊断仪的主要参数(一)声学系统参数：(1)(1)声输出强度：总功率等；(2)(2)超声场的时频特性：如波型、持续时间、脉冲重复 频率、脉冲形状、频率、脉冲带宽等；(3)(3)声场分布特性：如换能器类型、波束形状、聚焦特 性、景深等。(二)图象特性参数:(1)(1)分辨力；(2)(2)位置记录精度；(3)(3)深度测量精度；(4)(4)帧频；(5)(5)储存器容量；(6)(6)系统的带宽等。(三)电气特性参数：(1)(1)灵敏度；(2)(2)增益及TGCTGC指标；(3)(3)系统的带宽；(4)(4)压缩特性及动态范围；(5)(5)显示器的动态范围等。第1页/共78页一、分辨力 成像系统分辨

2、空间尺寸的能力，即把两点区分开来的能力。1.1.横向分辨力（也称侧向分辨力）定义：垂直于声束轴方向的分辨力。相关因素：超声波束直径，显示器光点尺寸。设有两个目标(如图):):(a)(a)波束直径很细，容易区分。(b)(b)波束直径加大，刚能区分，此时目标间距离就是系统 的分辨力。(c)(c)波束直径更大，无法区分，系统只能把它们当作一个 目标，只显示一点。第2页/共78页 与波束直径有关的因素.非聚焦方式：近场区，波束直径约等于换能器直径。远场区，波束发散。波束直径 d d220 0r r20.61r/a20.61r/a2.44cr/fD2.44cr/fD式中：r r距离，f f频率，D=2a

3、D=2a换能器直径 故横向分辨力与r r、f f、D D有关。.聚焦方式：理论上焦点(r=F)(r=F)处波束直径 d df f 2.44F/D 2.44F/D 2.44cF/fD2.44cF/fD 在焦距F F内，声束变细，并与F F，f f，D D有关。在焦距F F外，声束增粗，横向分辨力比不聚焦更差。第3页/共78页2.2.纵向分辨力（又称轴向分辨力或距离分辨力）定义：在声束轴方向上的分辨力。相关因素：超声频率。理论极限是声波的半波长。主要取决于脉冲有效持续时间。脉冲越窄，越好。脉冲有效持续时间相关因素：发射电脉冲宽度 换能器阻尼 仪器的增益 发射超声强弱 因通带有限,故脉冲前后沿不陡,

4、目标反射强弱 信号大小不同,即脉冲宽度不同。目标距离v一般说来，纵向分辨力总是优于横向分辨力第4页/共78页二、作用距离（探测深度）(P)(P)1 1定义：超声诊断仪图象能显示的被测介质最大深度。2 2相关因素：(1)(1)工作频率工作频率作用距离，但受分辨力限制。I=II=I0 0e e-2X-2X,=f,f,=f,f衰减趋缓。(2)(2)接收灵敏度接收灵敏度作用距离，但受噪声限制。(3)(3)发射功率发射功率作用距离，但受安全性限制。3 3临床要求：腹部：P P20cm20cm，眼部：P P10cm10cm第5页/共78页三、工作频率(f)(f)1 1定义：辐射出去的超声波中心频率。2 2

5、与其它参数的关系：横向、纵向分辨力 ff 探测深度例如：眼科：深度小，结构细，可用高f f。如:f=10 MHz:f=10 MHz。腹部：深度大，脏器大，可用低f f。如:f=3.5MHz:f=3.5MHz。许多超声仪，配备多个不同频率的探头，可供选用。矛盾，酌情选取第6页/共78页四、帧频(F)(F)1 1定义：成像系统每秒钟成像的帧数。2 2相关因素(直接成象法)：如图，P探测深度，c声速，N扫查线数,Fs扫查帧频 直接成象时：FFs 一条扫线需时间（超声P P内来回)：Tl2P/c 帧周期N N条扫线所需时间：TNTl2NP/c FFs1/Tc/2NP 或者：PNFc/2 可见：P、N、

6、F三者之积是常数，若要提高一个，必须以减小其它两个为代价。cPN线阵Fs第7页/共78页3 3帧频与像质的关系：4 4.数值分析：因人体软组织中声速 c=1540 m/sc=1540 m/s如果：P=10cm,F=30Hz,P=10cm,F=30Hz,则 N=c/2FP=256.6N=c/2FP=256.6线或者：N=500N=500线 ,P=20cm,P=20cm,则 F=c/2NP=7.7HzF=c/2NP=7.7Hz可见：难于同时取得满意的数值。F(Hz)F(Hz)101024244848动感动感静态静态准实时准实时实时实时实时实时亮度亮度闪烁闪烁闪烁闪烁闪烁闪烁不闪烁不闪烁第8页/共7

7、8页五、脉冲重复频率（F Fc c）1 1定义：每秒钟重复发射超声脉冲的次数。2.2.与其它参数的关系：最大探测距离D Dmax max，和探测深度P P D Dmaxmaxc cT/2T/2c/2Fc/2Fc c 式中：T=1/FT=1/Fc c两次发射间的时间 而：P PD Dmaxmax 故：F Fc cDDmaxmaxPP 帧频F F，或线密度d dL L F Fc c F,F,或d dL L通常取：F Fc c2 24KHz4KHz。矛盾，酌情选取第9页/共78页六、动态范围（L LD D）1.1.定义：仪器的动态范围：仪器能不失真地处理的，输入信号的变化范围。不失真信号既不被噪声淹

8、没，也不饱和。信号的动态范围：有意义的信号的变化范围。2.2.表征：L LD DU Umaxmax/U/Uminmin 常表示为：L LD D 20lg(U20lg(Umaxmax/U/Uminmin)(dB)(dB)3 3超声仪器的L LD D值：超声回波信号有：L LD D100 dB100 dB显象管亮度有：L LD D202030dB30dB。第10页/共78页扫查方式 1.1.扫查定义：为形成二维图象，声线与人体之间作的相对运动。相对运动声线位置或方向按一定规律变化2.B2.B型超声仪按扫查方式分类：波束控制波束控制波波 束束 扫扫 查查 方方 式式成像速度成像速度成像效果成像效果手

9、动式手动式低速低速静态静态机械式机械式线形、弧形、复合扫查线形、弧形、复合扫查低速低速静态静态扇形、径向、线形扫查扇形、径向、线形扫查高速高速实时实时电子式电子式线形、扇形扫查线形、扇形扫查高速高速实时实时第11页/共78页一、简单扫查与复合扫查1.1.简单扫查定义：声线在扫查区内不相交。(1)(1)线形扫查：声线：平移，排列均匀。优点：近、远区视野相同。缺点：要求入射范围大。适用：腹部探查。(2)(2)扇形扫查：声线：摆动，呈扇形。优点：要求的入射窗小。缺点：浅部视野小。适用：通过肋间对心脏的探查。第12页/共78页(3)(3)凸面弧形阵（凸阵）扫查 声线：弧形移并摆动，呈扇面形。优点：入射

10、窗较小，而浅部视野尚可。适用：腹部，也可探查心脏。(4)(4)弧形扫查 声线：弧形移并摆动，与凸阵扫相反。优点：近场视野宽。缺点：要求的入射范围大。适用：乳腺、甲状腺的显象。(5)(5)径向扫查 声线：呈360360放射状。适用：介入式探头。优点：经食道、直肠、阴道等探入人体，靠近检区，提高频率，提高象质。第13页/共78页线型、弧型、扇型、复合型第14页/共78页2.2.复合扫查 定义：多种简单扫查组合，声线相交。复合扫查比简单扫查：.优点：声线密、无阴影、象质好、斜边界显示清楚 、扫查均匀。.缺点：成像慢，非实时,脉动结构成像模糊。第15页/共78页二、直接接触式与水路耦合式1.1.直接接

11、触式探头与皮肤直接接触，加声耦合剂。特点：声程短，穿透深度大。操作灵活。2.2.水路耦合式探头与皮肤间用水或其它液体耦合。特点：(1)(1)换能器大小不受限制。可用大孔径、强聚焦的换能器。(2)(2)易实现简单和复合扫查结合。(3)(3)易实现自动化，获得重复性好的图象。(4)(4)易对体表弯曲厉害，及不易直接耦合 的部位进行扫查。第16页/共78页三、机械扫查与电子扫查1.1.机械扫查定义：电机通过传动机构带动换能晶片作机械运动，形成不同方向或位置的声线，实现扫查。配合技术：位置检测：正弦电位器或旋转变压器，检测晶片瞬时位 置，控制显示扫描与探头扫查同步。液体声耦合：水或油，兼容晶片运动和声

12、传输。电器耦合：旋转变压器，兼容晶片运动和电子信号传输。第17页/共78页机械扫探头实例如图摆动式机械扫探头压电振子：位于盛满水的小盒中，通过 齿轮和连杆的传动，可作3030o o角 摆动，作扇形扫查。位置电位器：测定驱动轴的位置变化,从而 换算出压电振子的角度变化。直流马达：是驱动力源。第18页/共78页机械扇形扫描方式单晶片往返摆动式重复精度差，造成帧与帧之间的扇形扫描线位置不能重迭。机械振动大，噪声大，易出故障。步进马达改善扇形扫描线的非均匀性有好处，但还是克服不了其它缺陷。第19页/共78页机械扇形扫描方式单晶片360o旋转式扇形扫描角为90o，那将有270o的旋转时间不能被利用于成像

13、，而被浪费，从而降低了扫描帧频，不利于实时成像。360o旋转第20页/共78页机械扇形扫描方式多晶片360o旋转式是先进的机械扇形超声诊断设备中选用的一种扫描方案。要求三个晶片的安装位置及方向要极其精密。否则，最后合成的图像是模糊的，不能提取准确得诊断信息。第21页/共78页机械扇形扫描方式体腔内机械扇形扫描腔内扫描比体表扫描能把换能器更接近被扫描的器官，从而可避免皮肤、脂肪、骨骼和肺等中间介质对超声波的较大衰减作用。并可用较高的超声频率（510MHz），从而可获得高的图象分辨率。经食道扇形扫描 经阴道扇形扫描 机械径向扫描方式向扫描的超声换能器作360o旋转运动，整个旋转中，换能器作发射和接

14、收工作，因而可获得以换能器为中心的圆形切面图像。经向扫描与扇形扫描在成像原理和扫描探头结构上是相似的，径向扫描可以看作扇形成像角为360 o的扇形扫描的特殊情况。第22页/共78页2.2.电子扫查 概述：定义：换能器由排成一线的许多阵元组成，用电子方式控 制各阵元的工作顺序或相位，以控制声线的位置或方 向，实现扫查。优缺点：优点：无机械运动，无(低频)振动，无磨损，寿命长。体积小，重量轻。缺点：线路复杂，工艺难，成本高。分类：线形步距阵，简称：线阵，线形相控阵，简称：相控阵。第23页/共78页线阵 换能元：有几十至几百个换能阵元组成。原理：电子开关切换，使各阵元按一定顺序轮流工作，从而形成一系

15、列平行声束，实现线形扫查。结构组成：电子开关、阻尼垫衬、换能线阵、匹配层、声透镜、外壳。第24页/共78页相控阵 换能元：换能阵元数较少，长度约1 13cm3cm。原理：所有阵元一起工作：发射时：各阵元的激励信号相位按线性变化，使发射超声 经空间叠加后，合成超声方向产生偏向。接收时：各阵元的接收信号相位经同样变化，使接收信号 经电路叠加后，接收灵敏方向同样偏向。改变相位线性变化斜率，可改变扫查声线方向，从而形成扇形扫查。相位线性变化相邻阵元信号，相位差相等第25页/共78页相控原理图解分析 .图解根据：由叠加原理，超声波在传播过程中相遇时：相遇前后，波的特性（频率、初相、振动方向、传 播方向等

16、）不变独立性。相遇之处，质点振动各波矢量合成叠加性。当波同相位相遇时，叠加增强，当波异相位相遇时，叠加减弱。.图解约定：阵元发射的超声波均为球面波波面线为圆弧线。所画的波面线之间均为同相位交点处叠加增强。第26页/共78页.图解例：无偏向无聚焦发射：各阵元发射信号无相位差。叠加声波最强区域 同相位波面密集区域，不偏向，不收缩。第27页/共78页有偏向无聚焦发射：各阵元发射信号相位有线性变化，相邻相差，叠加声波最强区域同相位波面密集区域，有角偏向，不收缩。第28页/共78页有偏向无聚焦接收：各阵元接收信号相位经线性变化，送叠加电路，电路对角方向平面回波有最强输出同相位叠加。接收灵敏区域有角偏向，

17、不收缩。第29页/共78页关系式：叠加声波（接收回波）最强方向偏离轴线的夹角：uw=9c,uv=9d sin=uw/uv=c/d =sin-1(c/d)或：=(d/c)sin式中：相邻阵元激励（接 收）信号相位差 d 相邻阵元的中心距 c 声速可见：不断改变，可改变，实现扇形扫查。1 2 3 4 5 6 7 8 9 duvw叠加声波最强方向波阵面第30页/共78页四、实时成像与非实时成像按成像的速度来分类：1.1.实时（动态）成像：F F10Hz10Hz（闪烁）对于扫查运动器官有重要意义。例如：检查心脏、胎儿。2.2.非实时（静态）成像：F F10Hz10Hz如：手动扫，机械扫（高线数、大视野

18、象）。可通过数字扫描转换器（DSCDSC），转换为TVTV制式，以消除闪烁。第31页/共78页五、反射型成像与透射型成像1.1.反射型成像：利用超声反射波成象。发射和接收超声用同一换能器。如：脉冲回波法。2.2.透射型成像：利用超声透射波成象。发射和接收超声用不同的换能器。类似于X X射线成像。第32页/共78页 阵元：组成线阵的电器切换的基本单元，几十至几百个。相邻阵元中心距mmmm 阵元越多扫查线数越多图像越好。振元：独立振动的小晶体。几个振元电气连成一个阵元，以减小旁瓣。多阵元组合工作：发射和接收时，用相邻的一组阵元同 时工作，工作孔径相对较大。超声波束的聚焦、发射与控制超声波束的聚焦、

19、发射与控制 第一节 对线阵探头实施多阵元组合工作的原因 第33页/共78页多阵元组合工作的意义：1.减小波束扩散角，提高远场分辨力。对于圆形换能器，其半扩散角 0 0sinsin-1-1(0.61/a)(0.61/a)sinsin-1-1(1.22/D)(1.22/D)D D0 0 对于矩形振元，有相似的结论。2.延长近场区长度。而近场声束不扩散，故分辨力好。对于圆形换能器，近场距离 r r0 02 2/D D2 2/4/4 D rD r0 0 对于矩形振元，有相似的结论。当然，DD使近场变粗，这可用可变孔径技术来克服。第34页/共78页3提高发射功率和接收灵敏度。4便于实现电子聚焦(以致动态

20、聚焦)，改善分辨力。5可增加扫查线，改善象质。第35页/共78页 对阵元不同顺序的分组，可形成不同的扫查方式。一、组合顺序扫描 若4 4个阵元组合工作，次序为：1 14 4，2 25 5，3 36 6，4 47 7，超声波束的扫描 第36页/共78页性能指标：扫查线总数：Nn-m+1 N 扫查线总数 n 阵元总数 m每组工作的阵元数扫线间距：dd d d扫线间距 d d相邻阵元中心距第37页/共78页二、组合间隔扫描1.d/21.d/2间隔扫描可得：N N2(n-m+12(n-m+1），d dd/2d/2扫线总数是组合顺序扫描的2 2倍，象质提高。第38页/共78页第39页/共78页2.d/4

21、2.d/4间隔扫描可得：N N4(n-m+14(n-m+1），d dd/4d/4扫线总数是组合顺序扫描的4 4倍，象质进一步提高。第40页/共78页三、微角扫描如同电视机的隔行扫描，将一帧图象分为奇、偶两场。特点：扫线比普通扫描增加一倍。图象有微小位置误差。超声探查，扫查声线不平行，图象显示，扫描光栅平行。但因是“微角”，这种误差很小。第41页/共78页波束控制方法 切换并采用相控技术工作时：奇数场声线偏向，偶数场声线偏向。同时：施加电子聚焦延时。波束：线扫微偏聚焦第42页/共78页 超声聚焦：使超声束在一定深度内会聚，改善分辨力。分类：声学聚焦，电子聚焦。一、声学聚焦（几何聚焦，机械聚焦）1

22、.1.声透镜聚焦 利用声传播的折射原理进行聚焦。若：C C1 1透镜介质声速，C C2 2被测介质声速，则：当C C1 1CC2 2时，凹形声透镜有会聚作用；当C C1 1CC2 2时，凸形声透镜有会聚作用。焦距F F与曲率半径R R成正比，与C C1 1/C/C2 2成反比。声束的聚焦第43页/共78页示意图如下：厚度：声透镜中心部位厚度取/2/2可有最大透射率；匹配：为防止反射，一般需采用匹配层。材料：通常为环氧树脂、丙稀树脂与其它成分复合。第44页/共78页2.2.声反射镜聚焦 用凹面的声反射镜，当镜面曲率和声源离镜面距离适当时，即具有聚焦作用。利用了声传播的反射定律。3.3.凹面振子聚

23、焦 振子做成凹面，焦距F F等于其曲率半径R R。效果好，但工艺复杂。第45页/共78页二、电子聚焦 原理：用一组相邻阵元组合工作：发射时：各阵元的激励信号相位按二次曲线变化，使发射超声经空间叠加后，合成超声波束产生会聚。接收时：各阵元的接收信号相位按同样形式变化，使接收信号经电路叠加后，接收灵敏区域产生会聚。改变相位二次曲线变化曲率，可改变会聚焦距。二次曲线常为圆弧线第46页/共78页电子聚焦原理图解：无偏向无聚焦发射：各阵元发射信号无相位差。叠加声波最强区域同相位波面密集区域，不偏向，不会聚。第47页/共78页无偏向有聚焦发射：各阵元的激励信号相位按二次曲线变化，叠加超声最强区域同相位波面

24、密集区域，在焦距内逐渐会聚，在焦距外逐渐扩散。不偏向。第48页/共78页无偏向有聚焦接收：各阵元的接收信号经延迟线，相位按二次曲线变化，使焦点处回波达到同相位，叠加电路对之有最大输出。接收灵敏区域产生会聚。不偏向。第49页/共78页发射聚焦和接收聚焦的异同及连接：相同：信号相位二次曲线变化延迟 不同：发射聚焦：超声空间叠加，合成超声聚焦。接收聚焦：信号电路叠加，灵敏范围聚焦。第50页/共78页聚焦延迟线计算公式：ii号阵元距焦点的声程(距离)S)Si i：其中：i=1,2,i=1,2,阵元序号 线阵工作组的阵元数 L Li ii i号阵元距线阵组中心距 F F焦距 d d相邻阵元中心距i i号

25、阵元所接延迟线的延时量i i：其中：c c1540m/s 1540m/s 声速1 2 3 4 5 6 7 8 9 FL1S1焦点dLiSi第51页/共78页数值例：设：F F35mm35mm，d d0.5mm0.5mm，m m8 8，则可求得：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 535.00089

26、3mm 35.000893mm 4 45 527.81ns27.81ns第52页/共78页四、动态电子聚焦 在扫查过程中动态地改变焦点，使整个探测深度内波束都有良好的会聚。1.1.等声速动态电子聚焦定义：以超声在人体中的平均探测速度，移动波束焦点。（实际上，只能在接收系统中实现）。探测速度V VD D ：因接收时，超声波在人体内往返一次，故：V VD Dc/2c/2770m/s770m/s0.77m/ms0.77m/ms0.77mm/us0.77mm/us 即应以V VD D改变延迟线的延时分布曲率，即焦距。需要用专用计算机进行，速度快，且精度要求高。在高档机中使用。实际很少采用。第53页/共

27、78页2.2.分段动态电子聚焦 基本原理：将探测的深度划分成n n段。(通常：n n2 24)4)。发射：按近、中、远场顺序，n n个焦点，发射n n次。接收：每次发射后接收。但只将本次发射焦点附近相应的回波数据写入存储器。经n n次发射、接收后的数据组合，获得一行所有信息。第54页/共78页等效的波束 整个探测深度内都有较高的分辨力。优缺点优点：焦点不多，延时变化少,速度慢,电路易实现。缺点：一行信息经多次发射、接收，时间长，使帧频低。需对存贮器以“慢入快出”方式写读，以稳定显示。第55页/共78页一、基本要求原因：阵元获取信号10-30V10-30Vp-pp-p，合成电路本身噪音30V30

28、Vp-pp-p，故需加前置放大器，以提高信噪比。路数：线阵B B超，前置放大常为多路，各机型有所差异。EUB-240EUB-240型B B超有1616路，EUB-40EUB-40型B B超有2424路。基本要求：与探头馈线匹配良好。馈线特性阻抗前放输入阻抗。否则：信号被反射入馈线，信号减弱。多重反射，造成图象重影。前置信号放大 第56页/共78页一、回波合成法1 1、直接合成法 方法：各阵元信号孔径控制聚焦延迟相加合成。优点：可不对称延迟，进行微角扫查。缺点：路数多，设备量大。第三节 超声回波信号的合成 第57页/共78页2 2、二步合成法方法：各阵元信号对称合成孔径控制聚焦延迟 相加合成。条

29、件：具有对称延迟特性（无偏向）。优点：孔径控制电路、聚焦电路减少一半。第58页/共78页三、可变孔径电路 可变孔径的提出及其实现方法接收灵敏范围与孔径的关系：根据：发射与接收的互易性；发射超声场的结论。非聚焦：近场：孔径越小，灵敏范围越小；远场：孔径越大，灵敏范围扩散角越小。聚焦：焦点处直径：d df f2.44F/D D2.44F/D D接收孔径 即：为使d df f小，当F F增大时，D D也应增大。方法：近场用小孔径，远场用大孔径可变孔径技术。意义：近场、远场灵敏范围(波束)均较窄，横向分辨力好。第59页/共78页四、接收相位调整电路（接收聚焦电路）作用：对各阵元接收的回波信号进行延迟调

30、整（二次曲线变化），使焦点处回波达到同相位叠加。其实质是换能器空间灵敏范围的聚焦。分段聚焦的类型：非实时分段动态聚焦：多次发射，多次接收。发射与接收同焦距，每次固定。实时分段动态聚焦：一次发射，一次接收。发射固定焦距，接收动态焦距。实时分段动态聚焦原理：简述：以超声探查速度，同步分段地移动焦点。第60页/共78页一、时间增益补偿（TGCTGC）电路 实现时间增益补偿的意义及方法补偿的意义：由于超声波随传播距离（时间）的衰减，使相同反射系数的界面近距离反射强，远距离反射弱，若不给予补偿，则图象将随深度（时间）而逐渐变暗。时间增益补偿：控制放大器增益随探测深度（时间）的增加而加大，以补偿超声随传播

31、距离的衰减。各种名称：时间增益补偿 (Time Gain Compensation(Time Gain CompensationTGC)TGC)深度增益补偿 (Depth Gain Compensation(Depth Gain CompensationDGC)DGC)灵敏度时间控制(Sensitivity Time Control(Sensitivity Time ControlSTC)STC)预处理电路 第61页/共78页补偿原理 声传播强度与时间(距离)的关系 I II I0 0e e-2-2x xI I0 0e e-2-2ct ct 时间负指数关系。声-电转换、前置放大等时间线性关系。

32、经声-电转换、前置放大等处理，回波信号仍是：时间负指数关系。可用时间正指数放大补偿。第62页/共78页实际情况及措施 上述分析忽略了多种因素，仅为大致的补偿关系。.实际情况的复杂性：受超声工作频率的影响：ff，ff，频率高，衰减快。多重界面反射的影响：实际常有多重界面，回波穿过界面越多，强度越弱。临床诊断感兴趣深度的不同：临床对同一患者不同部位，或同一部位不同患者，成像时关注深度往往有所不同。.对策：TGCTGC控制波形指数波形(可变速率)修正波形操作者可调节：指数波形速率，修正波形形状根据实际情况，通过面板按钮、电位器操作。第63页/共78页二动态滤波（Dynamic FilterDynam

33、ic Filter：DFDF）电路 动态滤波的意义 原因：超声传播时：I=II=I0 0e e-22x x,=f,=f 所以：高频快，低频慢，造成：探测距离信号f f0 0(f(f0 0 频谱中心频率)接收频带范围固定的不利：接收电路f f0 0信号f f0 0高频损失分辨力 接收电路f f0 0信号f f0 0噪声增加信噪比 动态滤波的过程和意义：随探测距离接收电路的f f0 0，近区：选通高频，抑制低频分辨力；远区：选通低频，抑制高频信噪比。第64页/共78页三、对数放大器 1 1、对数放大的意义原因：回波信号动态范围：L LD D100 dB100 dB 显象亮度动态范围：L LD D2

34、02030dB30dB 若直接显示：强信号图象一片模糊 弱信号图象星星点点 如同胶片曝光太过和曝光不足。需要压缩信号动态范围：100dB20100dB2030dB30dB 同时，并不丢失亮度信息。对数放大器能起到这样的作用。信息淹没、丢失第65页/共78页对数放大器的特性输入、输出关系：u uo oK K1 1lg(Klg(K2 2u ui i)K K1 1lgKlgK2 2+(K+(K1 1/20)(20lgu/20)(20lgui i)其中：K K1 1斜率，K K2 2对数偏差。输入、输出关系曲线：均匀座标系中：斜率递减、数值递增曲线。输入对数座标输出均匀座标系中：递增直线。第66页/共

35、78页2 2、对数放大和TGCTGC放大的比较和关系(1)(1)动态压缩比较 TGCTGC放大：浅部信号(含U Umaxmax)增益小：U UOmaxOmaxA A1 1U Uimax imax，A A1 1小 深部信号(含U Uminmin)增益大：U UOminOminA A2 2U Uimin imin，A A2 2大 U UOmaxOmax/U/UOminOminA A1 1U Uimaximax/A/A2 2U UiminiminU Uimaximax/U/Uimin imin 也有压缩信号动态范围的作用。但中间信号并不按比例压缩。总动态范围压缩。对数放大：增益只与U Ui i有关，

36、与时间无关。信号全部按一定规律压缩。瞬时动态范围和总动态范围全面压缩。第67页/共78页(2)(2)位置安排的影响 先TGCTGC放大，再对数放大 TGCTGC放大压缩信号动态范围：100dB60dB100dB60dB 要求对数放大器：L LDiDi60dB60dB，电路可简化。先对数放大，再TGCTGC放大 要求对数放大器：L LDiDi100dB100dB。输入信号伴有随传播距离(时间)的指数衰减：I II I0 0e e-2-2x x I I0 0e e-2-2ctct 经线性声-电变换和放大得：V VV V0 0e e-2-2ctct时间指数衰减 经对数放大：U UK K1 1lg(K

37、lg(K2 2V V0 0e e-2-2ctct)K K1 1lg(Klg(K2 2V V0 0)-2K)-2K1 1ctlgectlge时间线性衰减 这使TGCTGC简化线性补偿，TGCTGC电压产生电路简化。第68页/共78页4 4、宽输入动态范围对数放大器的结构概述 特性要求：作用：压缩宽广的信号动态范围 要求：有宽广的输入动态范围。名称及含义：名称：似对数放大器 含义：以多段直线或曲线相加近似对数函数。它与真正的对数放大之间有一定误差。结构和类型：以多级限幅放大器构成：线性限幅放大器 串联相加 非线性限幅放大器 并联相加第69页/共78页串联相加型对数放大器单级限幅放大器特性 图中：L

38、 L1 1，L L2 2，L LN N限幅放大器，特性相同。若放大区为线性，则可写为：0 0，V Vi i0 0 截止区 V Vo o KVKVi i，0V0Vi iV VT T 线性放大区 V Vm m，V Vi iVVT T 限幅区 其中：K K1 1（放大），V Vm mKVKVT T第70页/共78页三、检波电路1 1、概述检波定义：振幅调制波的解调信号包络检波。信号包络含信息：包络大小界面反射的强弱，包络时间反射界面的距离。信号称谓：检波前射频信号；检波后视频信号。检波方框图：检波类型：a)a)峰值包络检波。b)b)平均包络检波。第71页/共78页四、边缘增强电路 原理名称：边缘增强

39、，勾边，或称：快时间常数（Fast Time ConstantFast Time ConstantFTCFTC）处理。处理对象和目的：对象：视频信号。目的：锐化图象，增强图象轮廓。以利识别、测量。基本原理：对信号频谱：增强高频成分，减弱低频成分。方法：微分相加法：原始信号原始信号的微分信号。积分相减法：原始信号原始信号的积分信号。带通滤波器：通高频信号，减弱低频信号。第72页/共78页数字扫描变换器数字扫描变换器各种名称：数字扫描变换器（Digital Scan Converter-DSC）数字扫描处理器（Digital Scan Processing-DSP）数字图像处理器（Digital

40、Image Processing-DIP）对仪器的意义：影响仪器性能、水平、档次的关键因素。特点：有大容量图像存储器的专用计算机。线路量：占整机70%以上。第73页/共78页数字扫描变换器的功能和意义 DSC的首要功能扫描变换直接显示法：方法：回波信号处理（不存储）显示特点：显示器光点扫描超声波束扫描包括：扫描格式、频率、相位完全相同缺点：Fs=Fz，NPFz=c/2对显示质量制约很大，也无法冻结、处理图像。第74页/共78页经DSCDSC显示法方法：回波信号处理存储数字处理显示特点：显示光点扫描TV扫描方式（固定）超声波束扫描各种扫查方式回波信号接收电路超声扫查 控制写入地址发生器读出地址发

41、生器显示扫描控制A/DD/A探头图像存储器 TV显示器 DSC声束第75页/共78页扫描变换：存储器写入：按超声扫查方式、速度。存储器读出：按电视图像制式、速度。数据流变换：超声扫查方式 TV显示扫描方式扫描变换的意义：a)显示方式标准化 固定为TV制式，象质好，成本低，通用性强。b)显示帧频提高 显示扫描速度不受超声扫查速度的限制，显示帧频高，无闪烁。c)显示信息存储 信息存储后，可方便地实现图像冻结。第76页/共78页 DSC DSC引入的技术变化显示标准化 标准TV显示制式，TV显示器，像质好，成本低，通用性强。并可录像，通讯等。信息数字化 信息易于存储，扫描变换，图像冻结，二维处理。处理精度高，抗干扰能力强。控制、处理计算机化 软件方式处理图像，灵活、多样、强劲，易于升级。计算机控制输入输出，使信息更丰富，操作更方便，连接更简易。第77页/共78页谢谢您的观看！第78页/共78页