基于FPGA的可調超聲信號發(fā)生器設計與實現(xiàn)
發(fā)布時間：2020-12-18 08:04
超聲因為其無創(chuàng)及空間分辨率高等優(yōu)點被用于帕金森、癲癇、抑郁癥等神經精神類疾病神經調控研究。在傳統(tǒng)超聲神經調控實驗中,神經調控儀器大多數(shù)使用函數(shù)發(fā)生器和功率放大器配合產生頻率可調、功率可調、脈沖可調的超聲激勵,然而這種方式存在脈沖參數(shù)難以調整、儀器體積大、價格高昂、只支持物理聚焦等缺點。為此,設計研制了運用現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA:Field-Programmable Gate Array,）實現(xiàn)神經調控超聲信號發(fā)生系統(tǒng),并通過直接數(shù)字式頻率合成器（DDS:Direct Digital Synthesizer,）技術實現(xiàn)超聲信號的高精度輸出。具體而言，本文的主要如下工作:1設計實現(xiàn)了雙通道超聲信號發(fā)生裝置。采用EP4CE芯片核心控制部件,可通過鍵盤操控并通過液晶屏幕顯示,實現(xiàn)超聲信號輸出功率的實時檢測和超聲波信號的采集。輸出超聲脈沖激勵0.5MHz-5MHz,脈沖重復頻率（PRF:Pulse Recurrence Frequency）在0.2KHz-2KHz間可調,輸出功率0-50W可調。2設計了實現(xiàn)多通道超聲信號發(fā)生裝置。采用CycloneV 5CGX系列芯片,系統(tǒng)支持203通道、0...
【文章來源】：西安科技大學陜西省
【文章頁數(shù)】：63 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
國外使用的超聲神經刺激儀器這套超聲信號發(fā)生器系統(tǒng)包括兩臺函數(shù)發(fā)生器和一臺射頻功率放大器，才能完成輸出調制超聲信號，以驅動超聲換能器工作
2 換能器及匹配電路設計 材料的形變， 為壓電材料的壓電常數(shù)，單位為 ，即受 為電場強度矢量，單位為 ，即受到單位形變量時產生的展的這幾十年中，關于超聲換能器的制作材料、制作工藝進展。目前來說，壓電陶瓷是現(xiàn)在超聲換能器中使用最廣泛性能穩(wěn)定、成本低、匹配電路簡單等優(yōu)點。同時該材料也0]。為超聲神經刺激儀器所用的一種超聲換能器，主要部件為塑、背襯等，使用導線將壓電陶瓷兩級引出，換能器結構示意
得到圖 2.9 的匹配電路，其中， 為超聲換能器等效阻。21.5uH822.3pF834.3pF176.0uHZL(296.00-j85.90)Ω @圖 2.9 換能器 LC 匹配電路圖 2.10 所示。得到史密斯圖是歸一化復數(shù)阻抗的坐標圖，上中間呈現(xiàn)純阻性，圓內每個點都對應一個負載阻抗。通過器件，使換能器阻抗匹配到圓心位置，即阻抗為 50Ω。使 11和 12參數(shù)分別為-12dB 和-0.5dB，其中， 11表示反射回在實際工程中， 11的值只要小于 10 dB， 12大于-1dB，即，可認為該匹配電路匹配良好。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]超聲神經調控技術與科學儀器[J]. 黎國鋒,邱維寶,錢明,孟龍,趙慧霞,牛麗麗,蔡飛燕,嚴飛,鄭海榮. 生命科學儀器. 2017(01)
[2]超聲神經調控的研究進展[J]. 沈雪蓮,嚴飛,趙云,周軍. 臨床超聲醫(yī)學雜志. 2016(11)
[3]壓電超聲換能器阻抗特性分析與匹配設計[J]. 王玉江,王志斌,宋雁鵬,解琨陽,趙同林. 壓電與聲光. 2016(04)
[4]超聲換能器的“電感-變壓器”阻抗匹配模型研究[J]. 韓旭,章康寧,鄭海祥,馬青玉. 聲學技術. 2015(04)
[5]基于FPGA與DDS技術的可調超聲波驅動電源設計[J]. 張興紅,蔡偉,邱磊,陳鑫,何濤. 儀表技術與傳感器. 2015(06)
[6]壓電材料及壓電效應的應用[J]. 宋海龍,汪勇,李昊東,金丹. 硅谷. 2014(23)
[7]基于改進型CORDIC算法和FPGA的DDS實現(xiàn)[J]. 聶偉,饒金玲. 電子技術應用. 2013(12)
[8]壓電換能器匹配電路的設計[J]. 蔣錕林. 電聲技術. 2012(09)
[9]壓電效應及其在材料方面的應用[J]. 閻瑾瑜. 數(shù)字技術與應用. 2011(01)
[10]基于FPGA的醫(yī)學超聲成像數(shù)字波束合成器設計[J]. 齊雁,譚冠政,范必雙. 計算機測量與控制. 2010(04)
碩士論文
[1]基于FPGA的高速DDS關鍵技術研究[D]. 茍力.電子科技大學 2016
[2]超聲換能系統(tǒng)的動態(tài)匹配研究[D]. 楊芳.哈爾濱工業(yè)大學 2016
[3]基于FPGA的DDS信號發(fā)生器的研究與設計[D]. 趙麗娜.河北大學 2013
[4]基于DDS的多通道電磁振動臺控制系統(tǒng)[D]. 彭波.西南交通大學 2012
[5]換能器振子頻率的影響因素研究[D]. 喬家平.中南大學 2011
[6]基于DDS技術信號發(fā)生器的研究與設計[D]. 孫素平.哈爾濱工業(yè)大學 2010
本文編號：2923667
【文章來源】：西安科技大學陜西省
【文章頁數(shù)】：63 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
國外使用的超聲神經刺激儀器這套超聲信號發(fā)生器系統(tǒng)包括兩臺函數(shù)發(fā)生器和一臺射頻功率放大器，才能完成輸出調制超聲信號，以驅動超聲換能器工作
2 換能器及匹配電路設計 材料的形變， 為壓電材料的壓電常數(shù)，單位為 ，即受 為電場強度矢量，單位為 ，即受到單位形變量時產生的展的這幾十年中，關于超聲換能器的制作材料、制作工藝進展。目前來說，壓電陶瓷是現(xiàn)在超聲換能器中使用最廣泛性能穩(wěn)定、成本低、匹配電路簡單等優(yōu)點。同時該材料也0]。為超聲神經刺激儀器所用的一種超聲換能器，主要部件為塑、背襯等，使用導線將壓電陶瓷兩級引出，換能器結構示意
得到圖 2.9 的匹配電路，其中， 為超聲換能器等效阻。21.5uH822.3pF834.3pF176.0uHZL(296.00-j85.90)Ω @圖 2.9 換能器 LC 匹配電路圖 2.10 所示。得到史密斯圖是歸一化復數(shù)阻抗的坐標圖，上中間呈現(xiàn)純阻性，圓內每個點都對應一個負載阻抗。通過器件，使換能器阻抗匹配到圓心位置，即阻抗為 50Ω。使 11和 12參數(shù)分別為-12dB 和-0.5dB，其中， 11表示反射回在實際工程中， 11的值只要小于 10 dB， 12大于-1dB，即，可認為該匹配電路匹配良好。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]超聲神經調控技術與科學儀器[J]. 黎國鋒,邱維寶,錢明,孟龍,趙慧霞,牛麗麗,蔡飛燕,嚴飛,鄭海榮. 生命科學儀器. 2017(01)
[2]超聲神經調控的研究進展[J]. 沈雪蓮,嚴飛,趙云,周軍. 臨床超聲醫(yī)學雜志. 2016(11)
[3]壓電超聲換能器阻抗特性分析與匹配設計[J]. 王玉江,王志斌,宋雁鵬,解琨陽,趙同林. 壓電與聲光. 2016(04)
[4]超聲換能器的“電感-變壓器”阻抗匹配模型研究[J]. 韓旭,章康寧,鄭海祥,馬青玉. 聲學技術. 2015(04)
[5]基于FPGA與DDS技術的可調超聲波驅動電源設計[J]. 張興紅,蔡偉,邱磊,陳鑫,何濤. 儀表技術與傳感器. 2015(06)
[6]壓電材料及壓電效應的應用[J]. 宋海龍,汪勇,李昊東,金丹. 硅谷. 2014(23)
[7]基于改進型CORDIC算法和FPGA的DDS實現(xiàn)[J]. 聶偉,饒金玲. 電子技術應用. 2013(12)
[8]壓電換能器匹配電路的設計[J]. 蔣錕林. 電聲技術. 2012(09)
[9]壓電效應及其在材料方面的應用[J]. 閻瑾瑜. 數(shù)字技術與應用. 2011(01)
[10]基于FPGA的醫(yī)學超聲成像數(shù)字波束合成器設計[J]. 齊雁,譚冠政,范必雙. 計算機測量與控制. 2010(04)
碩士論文
[1]基于FPGA的高速DDS關鍵技術研究[D]. 茍力.電子科技大學 2016
[2]超聲換能系統(tǒng)的動態(tài)匹配研究[D]. 楊芳.哈爾濱工業(yè)大學 2016
[3]基于FPGA的DDS信號發(fā)生器的研究與設計[D]. 趙麗娜.河北大學 2013
[4]基于DDS的多通道電磁振動臺控制系統(tǒng)[D]. 彭波.西南交通大學 2012
[5]換能器振子頻率的影響因素研究[D]. 喬家平.中南大學 2011
[6]基于DDS技術信號發(fā)生器的研究與設計[D]. 孫素平.哈爾濱工業(yè)大學 2010
本文編號：2923667
本文鏈接：http://www.sikaile.net/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2923667.html
