生物软组织特性测定仪的研究

　　1 前言

　　超声波有着广泛的应用范围。工业上它可用于测距、测深、测厚、探伤等。在医学领域，超声被广泛用于诊断、治疗和手术，它不仅解决了人眼看不到的体内病变的检测，而且消除了其它射线检查带来的辐射危害。

　　随着电子技术的发展，超声波测量技术也不断提高。不论用超声波测量何种参数，都存在着超声波的发射和接收问题。超声换能器 1传感器2 的大小、形状、灵敏度可能不同，但是其工作原理都是一样的，即依据压电材料的正逆压电效应。逆压电效应是在压电材料上的相应部位间加上电压，产生一定的电荷分布，材料会发生相应的形变，在此种压电材料上加上某种特定频率的交变正弦信号，材料就会产生随所加电压的变化规律而变化的机械形变。这种机械形变推动周围介质振动，产生疏密相间的机械波。如果其振动频率在超声范围，这种机械波就叫超声波。发射出去的超声波遇到探测物返回并作用到换能器上。接受时，利用正压电效应把来自探测物的声信号转变为电信号的输出。要提高超声测量技术的精度或分辨力，不仅要有性能良好的换能器，也需要合理的发射和接收电路，只有这样，才能保证发射时声功率和波形的重复性以及接收时的灵敏性。

　　医学超声的频率范围在200kHz-40MHz之间，常用的超声诊断仪的频率多在1MH至10MHz范围内，这时相应的波长在1.5-0.15mm之间。人体作为一种超声的传播介质，有一些特殊的声学性质，比如衰减比较严重，回波信号动态范围大等。因此医用超声仪器的发射接收电路又有其特殊要求。

　　2 发射电路设计超声

　　换能器及其发射电路是超声测距系统中的关键组成部分，它决定了一个系统所能达到的最终指标 0如测距范围等1。超声换能器一旦选定，其性能参数 0如机械共振频率、声波辐射等效电阻等1 也已确定，发射电路设计的是否合理直接影响发射声功率和波形的重复性。

　　要产生窄的超声脉冲，可用预先充电到高压的电容突然向换能器放电来产生，即用震激发射方式产生;也可用与超声脉冲相同的射频电脉冲去激励换能器得到，即用选通正弦波方式得到。前者更便于得到很窄的超声脉冲。因此在A.M.B型超声诊断仪大多采用这类发射方式。

　　图1所不为震激发射方式的电路图。开关器件T1断开及电容充电，使电容C3上的电压Vv-}=Es，充电时一间常数Th==R2xC3;开关器件T1接通时一，充有高压的电容C3通过开关、负载回路放电，并在负载输出端产生高压负脉冲V,;，此负脉冲加到换能器的n，片上，产生超声振动，通过橘合层在介质中形成超声波，超声幅度取决十V,;值及换能特性。电脉冲大，声振幅也大。在声电换能特性已定的情况下，常根据电脉冲幅值定性地衡量超声能量相对值。脉冲宽度下取决十放电电路时一间常数，超声频率由换能器及发射器内阻决定。脉冲周期T由周期地接通与断开的电子开关T1决定，为使各周期内电容C3的电压值能接近峰值，应选择R2 x C3 -} = T sT/5。