基于FPGA的可调超声信号发生器设计与实现
发布时间：2020-12-18 08:04
超声因为其无创及空间分辨率高等优点被用于帕金森、癫痫、抑郁症等神经精神类疾病神经调控研究。在传统超声神经调控实验中,神经调控仪器大多数使用函数发生器和功率放大器配合产生频率可调、功率可调、脉冲可调的超声激励,然而这种方式存在脉冲参数难以调整、仪器体积大、价格高昂、只支持物理聚焦等缺点。为此,设计研制了运用现场可编程门阵列（FPGA:Field-Programmable Gate Array,）实现神经调控超声信号发生系统,并通过直接数字式频率合成器（DDS:Direct Digital Synthesizer,）技术实现超声信号的高精度输出。具体而言，本文的主要如下工作:1设计实现了双通道超声信号发生装置。采用EP4CE芯片核心控制部件,可通过键盘操控并通过液晶屏幕显示,实现超声信号输出功率的实时检测和超声波信号的采集。输出超声脉冲激励0.5MHz-5MHz,脉冲重复频率（PRF:Pulse Recurrence Frequency）在0.2KHz-2KHz间可调,输出功率0-50W可调。2设计了实现多通道超声信号发生装置。采用CycloneV 5CGX系列芯片,系统支持203通道、0...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国外使用的超声神经刺激仪器这套超声信号发生器系统包括两台函数发生器和一台射频功率放大器，才能完成输出调制超声信号，以驱动超声换能器工作
2 换能器及匹配电路设计 材料的形变， 为压电材料的压电常数，单位为 ，即受 为电场强度矢量，单位为 ，即受到单位形变量时产生的展的这几十年中，关于超声换能器的制作材料、制作工艺进展。目前来说，压电陶瓷是现在超声换能器中使用最广泛性能稳定、成本低、匹配电路简单等优点。同时该材料也0]。为超声神经刺激仪器所用的一种超声换能器，主要部件为塑、背衬等，使用导线将压电陶瓷两级引出，换能器结构示意
得到图 2.9 的匹配电路，其中， 为超声换能器等效阻。21.5uH822.3pF834.3pF176.0uHZL(296.00-j85.90)Ω @图 2.9 换能器 LC 匹配电路图 2.10 所示。得到史密斯图是归一化复数阻抗的坐标图，上中间呈现纯阻性，圆内每个点都对应一个负载阻抗。通过器件，使换能器阻抗匹配到圆心位置，即阻抗为 50Ω。使 11和 12参数分别为-12dB 和-0.5dB，其中， 11表示反射回在实际工程中， 11的值只要小于 10 dB， 12大于-1dB，即，可认为该匹配电路匹配良好。
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声神经调控技术与科学仪器[J]. 黎国锋,邱维宝,钱明,孟龙,赵慧霞,牛丽丽,蔡飞燕,严飞,郑海荣. 生命科学仪器. 2017(01)
[2]超声神经调控的研究进展[J]. 沈雪莲,严飞,赵云,周军. 临床超声医学杂志. 2016(11)
[3]压电超声换能器阻抗特性分析与匹配设计[J]. 王玉江,王志斌,宋雁鹏,解琨阳,赵同林. 压电与声光. 2016(04)
[4]超声换能器的“电感-变压器”阻抗匹配模型研究[J]. 韩旭,章康宁,郑海祥,马青玉. 声学技术. 2015(04)
[5]基于FPGA与DDS技术的可调超声波驱动电源设计[J]. 张兴红,蔡伟,邱磊,陈鑫,何涛. 仪表技术与传感器. 2015(06)
[6]压电材料及压电效应的应用[J]. 宋海龙,汪勇,李昊东,金丹. 硅谷. 2014(23)
[7]基于改进型CORDIC算法和FPGA的DDS实现[J]. 聂伟,饶金玲. 电子技术应用. 2013(12)
[8]压电换能器匹配电路的设计[J]. 蒋锟林. 电声技术. 2012(09)
[9]压电效应及其在材料方面的应用[J]. 阎瑾瑜. 数字技术与应用. 2011(01)
[10]基于FPGA的医学超声成像数字波束合成器设计[J]. 齐雁,谭冠政,范必双. 计算机测量与控制. 2010(04)
硕士论文
[1]基于FPGA的高速DDS关键技术研究[D]. 苟力.电子科技大学 2016
[2]超声换能系统的动态匹配研究[D]. 杨芳.哈尔滨工业大学 2016
[3]基于FPGA的DDS信号发生器的研究与设计[D]. 赵丽娜.河北大学 2013
[4]基于DDS的多通道电磁振动台控制系统[D]. 彭波.西南交通大学 2012
[5]换能器振子频率的影响因素研究[D]. 乔家平.中南大学 2011
[6]基于DDS技术信号发生器的研究与设计[D]. 孙素平.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：2923667
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国外使用的超声神经刺激仪器这套超声信号发生器系统包括两台函数发生器和一台射频功率放大器，才能完成输出调制超声信号，以驱动超声换能器工作
2 换能器及匹配电路设计 材料的形变， 为压电材料的压电常数，单位为 ，即受 为电场强度矢量，单位为 ，即受到单位形变量时产生的展的这几十年中，关于超声换能器的制作材料、制作工艺进展。目前来说，压电陶瓷是现在超声换能器中使用最广泛性能稳定、成本低、匹配电路简单等优点。同时该材料也0]。为超声神经刺激仪器所用的一种超声换能器，主要部件为塑、背衬等，使用导线将压电陶瓷两级引出，换能器结构示意
得到图 2.9 的匹配电路，其中， 为超声换能器等效阻。21.5uH822.3pF834.3pF176.0uHZL(296.00-j85.90)Ω @图 2.9 换能器 LC 匹配电路图 2.10 所示。得到史密斯图是归一化复数阻抗的坐标图，上中间呈现纯阻性，圆内每个点都对应一个负载阻抗。通过器件，使换能器阻抗匹配到圆心位置，即阻抗为 50Ω。使 11和 12参数分别为-12dB 和-0.5dB，其中， 11表示反射回在实际工程中， 11的值只要小于 10 dB， 12大于-1dB，即，可认为该匹配电路匹配良好。
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声神经调控技术与科学仪器[J]. 黎国锋,邱维宝,钱明,孟龙,赵慧霞,牛丽丽,蔡飞燕,严飞,郑海荣. 生命科学仪器. 2017(01)
[2]超声神经调控的研究进展[J]. 沈雪莲,严飞,赵云,周军. 临床超声医学杂志. 2016(11)
[3]压电超声换能器阻抗特性分析与匹配设计[J]. 王玉江,王志斌,宋雁鹏,解琨阳,赵同林. 压电与声光. 2016(04)
[4]超声换能器的“电感-变压器”阻抗匹配模型研究[J]. 韩旭,章康宁,郑海祥,马青玉. 声学技术. 2015(04)
[5]基于FPGA与DDS技术的可调超声波驱动电源设计[J]. 张兴红,蔡伟,邱磊,陈鑫,何涛. 仪表技术与传感器. 2015(06)
[6]压电材料及压电效应的应用[J]. 宋海龙,汪勇,李昊东,金丹. 硅谷. 2014(23)
[7]基于改进型CORDIC算法和FPGA的DDS实现[J]. 聂伟,饶金玲. 电子技术应用. 2013(12)
[8]压电换能器匹配电路的设计[J]. 蒋锟林. 电声技术. 2012(09)
[9]压电效应及其在材料方面的应用[J]. 阎瑾瑜. 数字技术与应用. 2011(01)
[10]基于FPGA的医学超声成像数字波束合成器设计[J]. 齐雁,谭冠政,范必双. 计算机测量与控制. 2010(04)
硕士论文
[1]基于FPGA的高速DDS关键技术研究[D]. 苟力.电子科技大学 2016
[2]超声换能系统的动态匹配研究[D]. 杨芳.哈尔滨工业大学 2016
[3]基于FPGA的DDS信号发生器的研究与设计[D]. 赵丽娜.河北大学 2013
[4]基于DDS的多通道电磁振动台控制系统[D]. 彭波.西南交通大学 2012
[5]换能器振子频率的影响因素研究[D]. 乔家平.中南大学 2011
[6]基于DDS技术信号发生器的研究与设计[D]. 孙素平.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：2923667
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