便携式多通道超声可调脉冲可扩展激励模块的设计与实现
发布时间：2020-09-25 16:35
超声技术是以物理学、材料科学、电子科学、信息科学等学科为基础的应用技术,广泛应用于医学、工业、军事、日常生活等各个领域。超声在介质中的传输规律及超声效应的研究是各类应用的理论基础,最大效率地激励超声换能器产生可精确调控并且满足需要的超声声场是该理论中非常关键的问题。目前成熟的方法是利用相控阵技术精确调控超声声场分布。其中对参数调节范围大、高精度、大功率输出的便携式多通道超声波激励设备需求迫切。本文设计和实现了便携式多通道超声可调脉冲可扩展激励模块,各模块既能独立工作,也能实现多模块级联扩充成多通道超声可调脉冲激励平台。模块包括高压数字脉冲发生器构成的超声激励单元、由FPGA+Nios Ⅱ软核处理器组成的脉冲信号控制单元、以触摸屏为主的人机交互单元、由同步信号控制组成的模块级联单元和电源供电单元五部分。系统的软件设计主要包含两部分,由Verilog程序编写的PWM发射模块、外部信号频率检测模块以及SoPC嵌入式硬件系统,二是由嵌入式C语言编写的Nios Ⅱ软核处理器的用户程序设计两部分。本文分别设计了8路0-100V可调和4路0-200V可调的脉冲激励模块,两种模块均可实现各通道独立控制,每通道的脉冲簇可以从单个脉冲到连续波可调,控制参数包括中心频率(10KHz-10MHz)、脉冲簇重复频率(100Hz-1MHz)、占空比(0.001%-100%)、脉冲簇内脉冲猝发个数(1-105)、相位控制(延时精度可达ns级)、脉冲幅度(0-200V)、单通道连续工作时间(0-20小时)可调。本文在研究超声波产生与激励原理的基础上,确定了超声可调脉冲激励模块的硬件电路设计、软件程序设计和系统集成方案。通过对模块的脉冲信号性能测试和模块级联测试,结果表明模块的各通道激励脉冲频率可调,激励脉冲幅度可精确控制,各通道可以参考第一通道为基准按设定相位进行相控阵激励,相位控制参数可以连续改变,脉冲激励的持续时间可设定,达到了预期设计标准。模块间可通过同步信号级联成多通道超声可调脉冲激励平台。该设备具有便携、多通道发射、大范围参数设置、可实现从单脉冲激励到脉冲簇,再到连续波的调整,为需要超声波激励的各类科研实验提供了可靠的可扩充便携超声激励模块,具有广阔的应用前景。
【学位单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB55
【部分图文】：
逑生正负电荷，这种情况就是压电效应）。一般而言，单个压电换能器主要由声学匹逡逑配、背衬和压电材料三部分组成［３６］。其结构如图２－１所示：逡逑压电材料逡逑逦１邋＾邋｜邋｜逡逑空气介^沐伪吵腻义襄五五义掀ヅ洳沐义贤迹玻撸背荒芷鹘峁雇煎义希疲椋纾玻卞澹眨欤簦颍幔螅铮睿椋沐澹簦颍幔睿螅洌酰悖澹蝈澹螅簦颍酰悖簦酰颍邋义涎沟缣沾伞⒀沟缇炔牧系娜钡闶巧杩垢撸ǎ常埃矗埃停颍幔欤螅饩托枰嗖闵义献杩蛊ヅ洌热缣畛涞蜕杩沟木酆衔铮费跏髦哂姓持托缘汀⒘鞫院谩⒂辛煎义虾玫奈露群突敌阅埽话阊≡衿湮畛湮铮郏尺衬壳暗某だ吹某藕佩义鲜涑鲎杩刮孔栊裕荒芷髟谄湫痴衿德氏率淙胱杩刮菪裕斯β实挠行Т荩义纤孕枰诨荒芷骱图だ粗湓黾悠ヅ涞缏酚糜诘鹘谧杩蛊ヅ洌郏常罚荨３ǚ⑸溴义掀骷捌ヅ涞缏返脑砜蛲既缤迹玻菜荆哄义掀ヅ湎低冲义希睢梗掊危颍睿″义铣危峰澹慑迤ヅ溴纬义系缭村五蔚缏峰危冢殄位荒芷麇澹义襄五澹五五澹垮危慑义襄五宕湎撸冢缅澹危桑卞义希逡诲逡诲邋邋逡诲邋邋邋邋邋邋邋邋邋邋邋邋邋邋邋邋邋邋逡诲逡诲逡诲濉逡诲濉逡诲逡诲逡诲逡诲逡诲澹撸义贤迹玻渤ǚ⑸淦骷捌ヅ涞缏吩砜蛲煎义希疲椋纾玻插澹眨欤簦颍幔螅铮睿椋沐澹簦颍幔睿螅恚椋簦簦澹蝈澹幔睿溴澹恚幔簦悖瑁椋睿珏澹悖椋颍悖酰椋翦澹猓欤铮悖脲澹洌椋幔纾颍幔礤义掀渲校
本文编号：2826804
【学位单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB55
【部分图文】：
逑生正负电荷，这种情况就是压电效应）。一般而言，单个压电换能器主要由声学匹逡逑配、背衬和压电材料三部分组成［３６］。其结构如图２－１所示：逡逑压电材料逡逑逦１邋＾邋｜邋｜逡逑空气介^沐伪吵腻义襄五五义掀ヅ洳沐义贤迹玻撸背荒芷鹘峁雇煎义希疲椋纾玻卞澹眨欤簦颍幔螅铮睿椋沐澹簦颍幔睿螅洌酰悖澹蝈澹螅簦颍酰悖簦酰颍邋义涎沟缣沾伞⒀沟缇炔牧系娜钡闶巧杩垢撸ǎ常埃矗埃停颍幔欤螅饩托枰嗖闵义献杩蛊ヅ洌热缣畛涞蜕杩沟木酆衔铮费跏髦哂姓持托缘汀⒘鞫院谩⒂辛煎义虾玫奈露群突敌阅埽话阊≡衿湮畛湮铮郏尺衬壳暗某だ吹某藕佩义鲜涑鲎杩刮孔栊裕荒芷髟谄湫痴衿德氏率淙胱杩刮菪裕斯β实挠行Т荩义纤孕枰诨荒芷骱图だ粗湓黾悠ヅ涞缏酚糜诘鹘谧杩蛊ヅ洌郏常罚荨３ǚ⑸溴义掀骷捌ヅ涞缏返脑砜蛲既缤迹玻菜荆哄义掀ヅ湎低冲义希睢梗掊危颍睿″义铣危峰澹慑迤ヅ溴纬义系缭村五蔚缏峰危冢殄位荒芷麇澹义襄五澹五五澹垮危慑义襄五宕湎撸冢缅澹危桑卞义希逡诲逡诲邋邋逡诲邋邋邋邋邋邋邋邋邋邋邋邋邋邋邋邋邋邋逡诲逡诲逡诲濉逡诲濉逡诲逡诲逡诲逡诲逡诲澹撸义贤迹玻渤ǚ⑸淦骷捌ヅ涞缏吩砜蛲煎义希疲椋纾玻插澹眨欤簦颍幔螅铮睿椋沐澹簦颍幔睿螅恚椋簦簦澹蝈澹幔睿溴澹恚幔簦悖瑁椋睿珏澹悖椋颍悖酰椋翦澹猓欤铮悖脲澹洌椋幔纾颍幔礤义掀渲校
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