一种用于提高幅值的相控阵超声换能器激励系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于提高幅值的相控阵超声换能器激励系统，系统中PC机用于提供相控阵超声换能器的各个通道的聚焦激励参数，FPGA聚焦延时模块用于根据各个通道的聚焦激励参数计算各个通道的聚焦延时数据，并结合各个通道的聚焦延时数据输出与各个通道对应的携带聚焦延时数据的PWM波，各个通道对应的携带聚焦延时数据的PWM波经I/O通道扩展模块输入至相应的基频控制电路中，各个LC振荡电路依据基频控制电路输出的基频信号，将直流源信号振荡为正弦波信号并输出至相控阵超声换能器的相应通道中。以通过该激励系统激励出高幅值的正弦波，具有零高频分量，可以减少负载发热以及压电陶瓷震动损耗，可显著提高相控阵超声换能器的使用寿命。器的使用寿命。器的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种用于提高幅值的相控阵超声换能器激励系统


[0001]本专利技术实施例涉及相控阵超声换能器
，尤其涉及一种用于提高幅值的相控阵超声换能器激励系统。

技术介绍

[0002]脑科学神经调控技术是利用植入性或非植入性技术，采用物理刺激或药物手段改变神经系统活性，从而改善患者疾病症状，提高生命质量的生物医学工程技术。除了应用药物，基于电、磁、光、声等物理因子作用进行神经刺激的技术，在神经科学的基础研究和神经、精神疾病的临床诊疗上发挥着重要作用。磁声耦合电刺激技术(TMAS)作为神经调控技术的一种，基于磁声耦合效应，生物组织内含有导电粒子，在超声波作用下产生振动，振动粒子在磁场中受到洛伦兹力的作用产生耦合电场。该技术利用超声的高聚焦特性，在加载磁场的条件下实现高空间分辨的无创电刺激，该方法安全性好、无永久副作用、可调节、无创或微创、刺激具有可逆性，在脑功能研究中具有巨大的发展前景。但是，研究表明，TMAS复合作用仍然尚达到神经活动的电刺激阈值。如何增强TMAS电场，进一步增强复合刺激作用是核心关键问题。
[0003]传统超声换能器激励源系统使用高压高频方波进行激励，但方波的高频分量会造成超声换能器的发热和损坏。另外由于基于PWM放大的功率放大器通常需要设置死区，导致波形精度低，实际激励波形不是标准方波或是标准正弦，且不能发射准确频率的脉冲信号。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种用于提高幅值的相控阵超声换能器激励系统，以通过该激励系统激励出高幅值的正弦波，具有零高频分量，可以减少负载发热以及压电陶瓷震动损耗，可显著提高相控阵超声换能器的使用寿命。
[0005]为实现上述目的，本专利技术实施例提出了一种用于提高幅值的相控阵超声换能器激励系统，包括：
[0006]PC机、FPGA聚焦延时模块、I/O通道扩展模块、多个基频控制电路和多个LC振荡电路，所述基频控制电路与所述LC振荡电路一一对应；
[0007]所述PC机用于提供相控阵超声换能器的各个通道的聚焦激励参数，所述FPGA聚焦延时模块用于根据所述各个通道的聚焦激励参数计算各个通道的聚焦延时数据，并结合所述各个通道的聚焦延时数据输出与各个通道对应的携带聚焦延时数据的PWM波，各个通道对应的携带聚焦延时数据的PWM波经所述I/O通道扩展模块输入至相应的所述基频控制电路中，各个所述LC振荡电路依据所述基频控制电路输出的基频信号，将直流源信号振荡为正弦波信号并输出至所述相控阵超声换能器的相应通道中。
[0008]根据本专利技术的一个实施例，所述基频控制电路包括：
[0009]光耦电路单元、与非门电路单元、晶体振荡器单元、MOS管控制单元和MOS管，所述光耦电路单元输入端与所述I/O通道扩展模块连接，所述光耦电路单元的输出端与所述与
非门电路单元的输入端连接，所述晶体振荡器单元的输出端与所述与非门电路单元的输入端连接，所述与非门电路单元的输出端与所述MOS管控制单元连接，所述MOS管根据所述MOS管控制单元输出的电平信号处于打开状态或关闭状态，以为所述LC振荡电路提供基频信号。
[0010]根据本专利技术的一个实施例，所述光耦电路单元包括：第一电源芯片、光耦和第一电容，所述光耦的第一端和第二端分别输入所述PWM波信号，所述光耦的第三端与所述第一电源芯片的输出端连接，所述光耦的第四端接地，所述光耦的第五端与所述与非门电路单元连接，所述第一电源芯片为所述光耦供电，所述第一电源芯片的输出端还与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地。
[0011]根据本专利技术的一个实施例，所述与非门电路单元包括：第一与非门、第二与非门、第三与非门和第一电阻，所述第一与非门的第一输入端连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端与第二电源连接，所述第一与非门的第一输入端与第二输入端连接，所述第一与非门的第二输入端与所述光耦的第五端连接；
[0012]所述第一与非门的输出端与所述第二与非门的第一输入端连接，所述第二与非门的第二输入端与所述晶体振荡器单元连接，所述第二与非门的输出端分别与第三与非门的第一输入端和第二输入端连接，所述第三与非门的输出端与所述MOS管控制单元的输入端连接。
[0013]根据本专利技术的一个实施例，所述晶体振荡器单元包括：第四与非门、第二电阻、第三电阻、第二电容、第三电容和第四电容，所述第二电容和所述第三电容的一端均接地，所述第二电容的另一端与所述第四电容的一端连接，所述第三电容的另一端与所述第四电容的另一端连接，所述第四电容的另一端还与第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述第四与非门的输出端连接，所述第四电容的一端还与所述第四与非门的第一输入端和第二输入端连接，所述第三电阻的一端与所述第四与非门的第一输入端和第二输入端连接，所述第三电阻的另一端与所述第四与非门的输出端连接，所述第四与非门的输出端与所述第二与非门的第二输入端连接。
[0014]根据本专利技术的一个实施例，所述MOS管控制单元包括：第四电阻、第五电阻、第六电阻、第五电容、第六电容、第一开关管和第二开关管，其中，所述第四电阻和所述第五电容并联的一端与所述第三与非门的输出端连接，另一端分别与所述第一开关管和所述第二开关管的控制端连接，所述第一开关管的源极连接第三电源和第六电容的一端，所述第六电容的另一端接地，所述第一开关管的漏极分别与所述第二开关管的漏极和第五电阻的一端连接，所述第二开关管的源极接地，所述第五电阻的另一端分别与所述MOS管的控制端和所述第六电阻的一端连接，所述第六电阻的另一端接地。
[0015]根据本专利技术的一个实施例，所述LC振荡电路包括第一LC振荡电路单元和第二LC振荡电路单元，所述第一LC振荡电路单元的输入端用于输入所述直流源信号，所述第一LC振荡电路的输出端分别与所述第二LC振荡电路的输入端和所述MOS管的第二端连接，所述MOS管的第三端接地，所述第二LC振荡电路的输出端与所述相控阵超声换能器相应的阵元连接。
[0016]根据本专利技术的一个实施例，所述第一LC振荡电路单元包括：惠斯通电桥、第七电容、第八电容、第九电容、第七电阻、第一电感、第一二极管，所述惠斯通电桥的第一端和第
二端分别连接所述直流源信号，所述惠斯通电桥的第四端接地，所述惠斯通电桥的第三端分别与所述第七电容的一端、所述第七电阻的一端连接，所述第七电容的另一端接地，所述第七电阻的另一端分别与第四电源和第一二极管的阴极连接，所述第一二极管的阳极与所述第一电感的第一端连接，所述第一电感的第二端接地，所述第一电感的第三端分别与所述第八电容的一端、所述第七电容的一端连接，所述第八电容的另一端接地，所述第一电感的第四端分别与所述第九电容的一端和所述第二LC振荡电路单元连接，所述第九电容的另一端接地。
[0017]根据本专利技术的一个实施例，所述第二LC振荡电路单元包括：第十电容、第十一电容、第十二电容、第十三电容、第十四电容、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第二电感、第二二极管，所述第十电容的一端连接所述第九电容的另一端，所述第十电容的另一端连接所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于提高幅值的相控阵超声换能器激励系统，其特征在于，包括：PC机、FPGA聚焦延时模块、I/O通道扩展模块、多个基频控制电路和多个LC振荡电路，所述基频控制电路与所述LC振荡电路一一对应；所述PC机用于提供相控阵超声换能器的各个通道的聚焦激励参数，所述FPGA聚焦延时模块用于根据所述各个通道的聚焦激励参数计算各个通道的聚焦延时数据，并结合所述各个通道的聚焦延时数据输出与各个通道对应的携带聚焦延时数据的PWM波，各个通道对应的携带聚焦延时数据的PWM波经所述I/O通道扩展模块输入至相应的所述基频控制电路中，各个所述LC振荡电路依据所述基频控制电路输出的基频信号，将直流源信号振荡为正弦波信号并输出至所述相控阵超声换能器的相应通道中。2.根据权利要求1所述的用于提高幅值的相控阵超声换能器激励系统，其特征在于，所述基频控制电路包括：光耦电路单元、与非门电路单元、晶体振荡器单元、MOS管控制单元和MOS管，所述光耦电路单元输入端与所述I/O通道扩展模块连接，所述光耦电路单元的输出端与所述与非门电路单元的输入端连接，所述晶体振荡器单元的输出端与所述与非门电路单元的输入端连接，所述与非门电路单元的输出端与所述MOS管控制单元连接，所述MOS管根据所述MOS管控制单元输出的电平信号处于打开状态或关闭状态，以为所述LC振荡电路提供基频信号。3.根据权利要求2所述的用于提高幅值的相控阵超声换能器激励系统，其特征在于，所述光耦电路单元包括：第一电源芯片、光耦和第一电容，所述光耦的第一端和第二端分别输入所述PWM波信号，所述光耦的第三端与所述第一电源芯片的输出端连接，所述光耦的第四端接地，所述光耦的第五端与所述与非门电路单元连接，所述第一电源芯片为所述光耦供电，所述第一电源芯片的输出端还与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地。4.根据权利要求3所述的用于提高幅值的相控阵超声换能器激励系统，其特征在于，所述与非门电路单元包括：第一与非门、第二与非门、第三与非门和第一电阻，所述第一与非门的第一输入端连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端与第二电源连接，所述第一与非门的第一输入端与第二输入端连接，所述第一与非门的第二输入端与所述光耦的第五端连接；所述第一与非门的输出端与所述第二与非门的第一输入端连接，所述第二与非门的第二输入端与所述晶体振荡器单元连接，所述第二与非门的输出端分别与第三与非门的第一输入端和第二输入端连接，所述第三与非门的输出端与所述MOS管控制单元的输入端连接。5.根据权利要求4所述的用于提高幅值的相控阵超声换能器激励系统，其特征在于，所述晶体振荡器单元包括：第四与非门、第二电阻、第三电阻、第二电容、第三电容和第四电容，所述第二电容和所述第三电容的一端均接地，所述第二电容的另一端与所述第四电容的一端连接，所述第三电容的另一端与所述第四电容的另一端连接，所述第四电容的另一端还与第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述第四与非门的输出端连接，所述第四电容的一端还与所述第四与非门的第一输入端和第二输入端连接，所述第三电阻的一端与所述第四与非门的第一输入端和第二输入端连接，所述第三电阻的另一端与所述第四与非门的输出端连接，所述第四与非门的输出端与所述第二与非门的第二输入端连接。6.根据权利要求4所述的用于提高幅值的相控阵超声换能器激励系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志朋，刘煦，殷涛，周晓青，马任，张顺起，王贺，
申请(专利权)人：中国医学科学院生物医学工程研究所，
类型：发明
国别省市：