功率放大器在磁聲成像研究五自由度掃描裝置中的應用

　　實驗名稱：功率放大器在磁聲成像研究五自由度掃描裝置中的應用

　　研究方向：磁聲成像

　　實驗內容：磁聲成像是將磁場能量和電場能量轉化為超聲能量的一種成像方式。將樣本組織放于穩恒磁場中，并向樣本組織中通以頻率在超聲頻段的激勵電流，樣本組織中的電流在穩恒磁場作用下，發生機電耦合作用產生洛倫茲力，發出與激勵電流頻率相同的振動聲波，該聲波傳播到樣本組織周圍的超聲換能器處，被接收后轉化為電信號，經數據采集后進行后續成像處理。

　　實驗過程：研究設計了平移圓周掃描方式，對銅環樣本的聲信號進行檢測并對電導率分布進行初步重建。聲換能器的運動軌跡見圖4。平移圓周掃描方式主要包括了X軸向上的平移運動及樣本載物盤沿Z軸的圓周運動。運動控制步驟如下:將樣本放于樣本載物盤中心，調整Y軸方向上換能器距離樣本中心位置至合適距離Ｒ，調整Z軸方向上換能器中心與樣本處于同一高度。

　　平移圓周掃描運動軌跡示意圖

　　將調整X軸向上換能器至位置a，并以合適距離d為單位進行平移，直至位置b，此平移過程完成;之后將樣本載物盤旋轉角度α，旋轉完成后;換能器回到平移初始位置a’，仍以距離d為單位平移直至b’，平移過程完成，之后將樣本載物盤再次旋轉角度α。以此類推，直至完成設定的所有運動。同時，在換能器所在的每一位置進行數據采集和保存，用于后續的數據處理工作。

　　測試系統：由信號發生器產生激勵信號，通過功率放大器進行放大，將激勵信號加載到實驗樣本上。磁場與樣本組織內部電流密度發生磁聲耦合效應，產生聲信號，由聲換能器進行聲壓接收，并由安泰電子ATA-5620前置放大器放大，示波器進行顯示。聲換能器與樣本位置由步進電機控制，可進行五自由度運動，如下圖所示，包括聲換能器沿X軸向平移運動、Y軸向平移運動、Z軸向平移運動、沿Z軸旋轉，同時樣本載物盤可以沿Z軸旋轉，可實現平移、旋轉及螺旋型等不同掃描方式。

　　實驗系統框圖

　　結果分析：本研究設計實驗，對銅環樣本開展了手動控制與電機控制的圓周掃描成像精度對比實驗。使用銅環直徑約為22mm，外部施加0．4T的穩恒磁場，施加正弦脈沖電壓信號，f=1MHz，Vpp=1V，檢測信號經差分放大器1000倍放大。圓周掃描步長為5°，掃描范圍為300°。

　　實驗樣本與測量的磁聲信號重建圖

　　上圖為銅環樣本與手動控制和電機控制電導率重建對比，其中(a)為銅環樣本，(b)為手動控制電導率重建圖，(c)為電機控制電導率重建圖。由對比可看出，(c)圖電導率重建輪廓與樣本輪廓的相符度及電導率重建質量均要好于圖(b)，說明運動控制的精度對數據采集及電導率重建有重要影響。ATA-5620前置微小信號放大器。