相控阵高强度聚焦超声高阵元驱动效率相位独立控制方法

针对如何简化上百阵元高强度聚焦超声相控阵控制模块的问题,本文提出高阵元驱动效率的相位独立控制方法。利用该方法计算了一种256阵元中心开孔球面相控阵的聚焦声场,并与传统的幅度相位综合控制方法进行了分析和比较。计算和实验结果表明该方法在简化相控阵驱动控制模块、提高阵元驱动效率的同时,可以有效实现相控阵的空间三维单焦点聚焦。由于阵元驱动控制的简化而引起的焦域能量偏差,可以通过适当调整相控阵输入总声功率进行有效的补偿。      

超声数字式相控阵换能器动态聚集系统研制

本文是研制超声相控阵换能器动态聚焦系统,它包括数字式多通道信号发射系统和两种超声相控阵换能器。用数字式多通道信号发射系统产生多路数字信号,通过改变每路信号的时延（相位）,控制相控换阵换能器的各个阵元,使它们发出的声束在空间某点聚焦。我们对这两种相控阵进行了实验测量,结果表明,用数字控制的相控阵换能器,可以实现精密的动态聚焦,并可取得良好的聚焦效果。     

多通道超声相控阵驱动控制系统设计

低强度经颅聚焦超声是一种利用脉冲聚焦超声调控脑神经元的治疗技术。为抑制人颅骨的非均质性和个体结构差异影响,须对多阵元相控阵聚焦换能器的各阵元进行参数调控实现经颅精准定位聚焦,各阵元参数调控需通过相位控制和驱动电路系统来实现。该文设计并搭建了一种基于直接数字式频率合成技术的多通道相位、幅值独立可调的相控驱动系统。实测结果表明,可实现正弦波和方波高精度相控输出,输出信号电压峰峰值在0~37.5 V可调,相位分辨率为0.1°,延时误差小于1 ns,可满足多阵元相控阵聚焦换能器驱动及其所需相位分辨率的需要。     

超声数字式相控阵换能器动态聚焦系统研制

本文是研制超声相控阵换能器动态聚焦系统,它包括数字式多通道信号发射系统和两种超声相控阵换能器。用数字式多通道信号发射系统产生多路数字信号,通 过改变每路信号的时延(相位),控制相控阵换能器的各个阵元,使它们发出的声束在空间某点聚焦。我们对这两种相控阵进行了实验测量,结果表明,用数字控 制的相控阵换能器,可以实现精密的动态聚焦,并可取得良好的聚焦效果。     

256阵元高强度聚焦超声相控阵系统误差与多焦点模式精确控制

对一种256阵元中心开孔凹球面二维相控阵合成三维多焦点声场进行了系统的误差分析,总结了阵元激励信号的幅度和相位误差对声场参数的影响规律,为上百阵元相控阵驱动控制提供了设计容差依据.分析表明:上百阵元相控阵在声场合成能力方面具有很强的鲁棒性,5位相位量化精度足以保证合成声场的有效性,误差主要影响声场焦域能量的分布,通过提高相控阵发射总声功率等途径降低幅度误差百分比可以有效减弱固定方差的幅度误差的影响.     

圆柱类构件超声相控阵聚焦模型

在利用平面相控阵超声换能器对圆柱类构件检测时,受曲界面结构引起的入射波和回波时延的影响,扫描声束的波阵面产生弯曲,在利用传统迭代遍历算法计算延迟时间时效率低,无法发挥相控阵换能器检测优势。针对上述问题,建立了一种基于圆柱类构件特征和耦合介质特性的超声相控阵扫描成像的聚焦模型。该模型基于换能器、耦合介质、圆柱类构件材料特性和几何关系以及声线模型和折射定律,建立了耦合介质及被检构件的声速、曲面曲率半径、阵列与曲面间的距离等关联的延迟时间聚焦控制模型。利用该模型计算出的延时时间,对各阵元发射时间进行控制,从而实现扫描声束的聚焦。该文以液体和有机玻璃制介质楔块为例,对圆柱钢曲面的相控阵声束聚焦进行了仿真实验,结果表明该文方法计算效率显著提升,同时声束可以在预设位置实现聚焦,验证了该模型在计算效率上的优势与有效性。     

带斜楔相控声束偏转聚焦延时特性研究

带斜楔的相控阵超声检测广泛应用于低碳钢薄壁工件焊缝的检测,研究带斜楔的相控阵超声偏转聚焦检测延时法则和对应的声场将使检测可靠性进一步提高。本文利用费马原理探究了相控阵超声探头辐射声波至楔块中,在楔块-工件平面界面发生模式转换入射到工件中的横波聚焦时各阵元延时的计算方法,数值求解指定焦点时各阵元的延时,并利用计算得到的延时进行声场仿真和实验测量,发现声波能很好的聚焦在目标点,仿真和实验结果吻合。     

非近轴近似多高斯声束模型的相控阵换能器声场计算

针对近轴近似的多高斯声束模犁无法准确计算离轴区域声场的问题,我们提出了一个矩形源的非近轴近似多高斯声束模型,用于计算偏转聚焦时线性相控阵换能器辐射的声场.利用该方法计算了由矩形阵元组成的相控线阵的辐射声场,并与瑞利积分、近轴近似方法及夫琅和费近似方法进行了分析和对比,计算结果表明该方法克服了常规近轴近似条件的限制,可以准确、快速地计算较大偏转范围内的换能器辐射声场,在计算相控阵换能器偏转聚焦声场中具有独特的优势.     

基于FPGA的高强度聚焦超声相位控制系统设计*

多阵元相控阵换能器具有焦距可调和可实现经颅聚焦等优势,近来受到众多研究者的关注,其相位控制系统是决定多阵元相控换能器能否应用于临床的关键技术之一。在输出信号稳定的同时提高高强度聚焦超声相位控制系统精度是设计过程中的重点与难点。本文基于现场可编程门阵列设计了一种高强度聚焦超声相位控制系统。实测结果表明,多通道延时分辨率为1 ns,延时误差小于1 ns,可满足多阵元高强度聚焦超声治疗相控聚焦换能器延时精度的需要。     

被控点声压直接加权的相控声场合成模式

为快速高效地对相控阵声场进行优化,对伪逆算法进行了简化.通过对被控点声压进行幅值和相位补偿,得到了一个近似的声压加权公式.应用该公式预设被控点声压值,然后运用改进的伪逆矩阵算法确定相控阵各阵元的振幅和相位,从而得到一个直接的多焦点声场合成模式.基于该合成模式设计了一16×16个正方形阵元构成的平面相控阵,并对多焦点声场的合成进行了数值仿真.结果表明,该方法可提高声能在目标点的沉积能力,具有较高的声场合成效率,为超声热疗中声聚焦控制提供了一条有效的途径.     

The focus steering for high intensity focused ultrasound phased array based on real-time phase shift calculation

When time reversal technique is used in phased array high intensity focused ultrasound system to obtain self-adaptive focusing,it is needed to calculate the initial phases of the elements.Because of the frequency oscillation when the phase lock loop is initiated,different results are got in different segments using conventional methods.A method of calculating the phase difference was presented,that can display the changes of phase difference in real-time, and the steady phase differences can be regarded as the initial phases of the elements.The experimental results show that using the phase difference obtained by this method can get a better distribution of sound field in a certain spatial region.     

利用多光子跃迁控制基态HF分子布居转移

采用波包动力学方法研究了HF分子基电子态的多光子跃迁. 激光场由两束频率比为1:2的重合红外脉冲构成. 态|0,0>作为初始态, 态|4,0>与态|4,2>分别作为目标态. 计算结果表明, 通过选取不同的共振频率, 可以控制布居跃迁至不同的目标态. 两束脉冲间的初相位差可以控制布居转移概率. 当初相位差为π/2的偶数倍时, 布居转移概率为最大值. 当初相位差为π/2的奇数倍时, 布居转移概率为最小值. 初相位差对于态|4,0>的布居影响大于态|4,2>. 关键词： 多光子跃迁 初相位 布居转移 波包     

用浑沌序列构造相位列阵加密和解密光学图象

本文提出了一种用浑沌序列构造相位列阵加密和解密光学图象的方法,并对该光学系统进行了计算机模拟。由浑沌序列对初始条件的敏感性使保密性能提高,同时它又是由确定性系统产生的,故可以完全被重构。将它和纯相位空间光调制器结合起来能对光学图象实时进行相位加密和解密,不仅使密匙更难被非法破译,而且压缩了其数据量。结果表明该方法较随机相位掩模方法具有许多优越性且易于实际应用。     

梯-型三能级系统中自发辐射的量子相干控制

采用从基态到第一激发态为双激光场驱动的物理模型,对梯形三能级系统中自发辐射的相干控制进行了分析,通过变换驱动激光场之间的相对相位得到了一些主要结果.共振激发时,谱线呈现出三个谱峰的对称形式.当初始相位相同时,两边辐射峰值较高而中间峰值较低.随着初相位差的增加,两边谱峰之间的距离逐渐增大,谱线的高度逐渐下降,中心谱线的高度随着初始相位差的增加逐渐增大,宽度逐渐变小,直至成为一条较为尖锐的线,实现了对两边谱峰的完全抑制效应.采用下能级为双激光场激发的梯-型三能级系统,通过变换激光场之间的相对相位,实现了对激发态自发辐射的量子相干控制,观察到自发辐射光谱的抑制及谱线的猝灭等效应.     

基于改进禁忌搜索算法的液体透镜系统优化设计

建立了一套最新的优化概念,以便于液体透镜在一般光学系统中的优化设计。由于液体透镜拥有多个离散的变焦位置,设计时不得不在其中选择多个位置作为阻尼最小二乘法(DLS)的初始优化点。而这些位置通常是由设计者凭经验来选择的,不同的选择不仅会对设计过程带来不同的影响,而且会给设计结果带来本质的不同。基于此提出了一套改进禁忌搜索(ITS)算法,从而实现在DLS算法优化的过程中液体透镜变焦位置的自动选取,从而得到更佳的成像效果。     

利用两种响应时间不同的光折变晶体实现仅对物体变化部分成像

用两种响应时间相差很大的光折变晶体Ce:SBN和Fe:LiNbO_3作为相位共轭麦克尔逊干涉仪的两个相位共轭镜,得到同一物体的两个有时间差的相位共轭像,再对这两个像做实时“异或”运算,就能实现仅对物体随时间变化部分的成像.这种方法可以大大增加两相位共轭镜的响应时间差,具有最小可探测速度低,输出信号强、输出保持时间长的优点.文中对此作了理论分析,并提供了该系统对真实物体成像的实验结果.     

基于Labview的快循环扫频信号相位差测量算法实现

为了实现对中国散裂中子源(CSNS)/快循环同步加速器(RCS)射频系统中高频加速电压和束流两个同步变化的快循环扫频信号之间相位差的精确测量,需要选择合适的信号采集方案与相位差测量算法。介绍了常用的同频信号相位差测量算法,讨论了不同相位差测量算法的特点与适用性;详细描述了快速傅里叶变换(FFT)交叉谱法与加余弦窗FFT插值法两种相位差测量算法的原理。为了研究这两种算法在扫频信号测量中的适用性,利用NI的虚拟仪器技术以及Labview图形化编程技术,搭建扫频信号相位差测量系统,对这两种相位差测量算法进行仿真模拟。仿真结果表明,加余弦窗FFT插值算法可以满足快循环扫频信号相位差测量精度的要求。     

准平行光干涉的滤波型多抖动相控方法研究

正提出了一种准平行光干涉的滤波型多抖动相控方案,对该方案的相干光强进行了理论分析,在此基础上提出了滤波型多抖动法的相控原理,进行了滤波型多抖动法的相控数值分析和模拟实验.结果表明:该方法可识别出各路光波的相位差,反馈与相位差信号成比例的直流电压去控制相位调制器,可实现相位差的校正,相位控制电压输出范围为0.03—4.45 V,控制带宽为2.5 kHz.     

LCVR和AOTF的光谱偏振测量新策略

现有利用液晶相位可变延迟器(LCVR)和声光可调谐滤光器(AOTF)的偏振测量方法较为繁琐,故提出了一种光谱偏振测量新策略,去除了机械运动,并且相位延迟量的选取从四组减少为两组。采用两个LCVR和一个AOTF,通过两个相同型号探测器分别测量±1级衍射光,实现光谱偏振测量。电脑控制LCVR和AOTF的驱动系统分别实现所需相位延迟量和波长选择,通过扫描射频驱动整个频段得到被测光的光谱信息。叙述了方法的具体原理,分析了AOTF的偏振模型,通过理论计算LCVR和AOTF的Muller矩阵,推导出了相应的斯托克斯(Stokes)矢量中的I,Q,U的测量公式。分析并仿真了相位延迟量微小偏差对整个系统测量误差的影响,结果显示相位延迟量在±π/100范围内相对误差<3%。实验验证了测量系统的可行性和准确性,测量误差总体<6%。为偏振测量提供了一种简单可行且精度较高的新方法,具有重要的应用价值。