CN109358472A - 基于调制激励的磁声信号产生方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于调制激励的磁声信号产生方法及装置，通过乘法器将载波信号源和调制信号源产生的载波信号和调制信号进行乘法运算，得到包络信号，所述包络信号在同步控制信号的触发下送入功率放大器，通过功率放大器放大，将放大后的信号作为激励信号，作用于激励线圈，使激励线圈中产生闭合的激励电流，通过空间的电磁感应，使样本中产生感应涡流，所述的感应涡流在静磁场的作用下产生磁声信号，通过声换能器接收所述的磁声信号。本发明将高频信号经调制后作为激励信号，用来提高成像激励信号的功率密度，减小传输过程的时域信号畸变，以获取良好的时频特性，便于成像特征的提取及分析，并在一定程度上实现磁声信号信噪比的提高，最终达到提升成像质量的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁声信号产生的方法。特别是涉及一种基于调制激励的磁声信号产生方法及装置。
背景技术
磁声耦合成像技术是近年来提出的一种新兴功能成像技术，同时具备超声成像的高空间分辨率以及电阻抗成像的高对比度，且为无创技术，成本低廉，具有良好的发展前景。
磁声耦合成像是对样本通过直接施加激励电流或者通过感应线圈间接施加激励电流，在处于静磁场的环境下，使样本内的带电粒子受到磁力作用而产生运动，进而向外辐射声波，最终通过声换能器采集相应的磁声信号并进行图像重建的过程。
现有的对磁声耦合成像的激励方式主要为单脉冲激励，其持续时间短，信号能量低导致由声源产生的声信号到采集到的声信号过程中会发生波形畸变，不利于磁声信号的时频分析及特征量的提取。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种有利于增强磁声信号的特征，对磁声信号的特征提取及分析具有重要意义的基于调制激励的磁声信号产生方法及装置。
本发明所采用的技术方案是：一种基于调制激励的磁声信号产生方法，通过乘法器将载波信号源和调制信号源产生的载波信号和调制信号进行乘法运算，得到包络信号，所述包络信号在同步控制信号的触发下送入功率放大器，通过功率放大器放大，将放大后的信号作为激励信号，作用于激励线圈，使激励线圈中产生闭合的激励电流，通过空间的电磁感应，使样本中产生感应涡流，所述的感应涡流在静磁场的作用下产生磁声信号，通过声换能器接收所述的磁声信号。
所述载波信号的波形为正弦波，频率为1MHz～5MHz。
所述调制信号使用高斯函数作为调制信号。
所述同步控制信号的频率为10Hz～100Hz之间。
一种用于基于调制激励的磁声信号产生方法的装置，包括有分别通过外部计算机控制的激励模块和与所述的激励模块输出相连的磁声信号产生模块，其特征在于，所述的激励模块包括有：输入端分别连接有载波信号源和调制信号源的乘法器，所述乘法器的输出端连接函数发生器，所述函数发生器的外部触发端连接同步控制器的输出端，所述同步控制器的输入端连接所述外部计算机的控制信号输出端，所述函数发生器的输出端连接功率放大器的输入端，所述功率放大器的输出端连接所述磁声信号产生模块。
所述的磁声信号产生模块包括有分别位于内部充满耦合剂的耦合剂槽内的：步进电机、连接在所述步进电机输出端的用于承载样本的旋转托盘，在耦合剂槽上方对应所述样本设置有用于产生作用在样本上的交变磁场的激励线圈，在所述激励线圈的上方设置有用于产生静磁场的静磁铁，其中，所述的激励线圈连接激励模块中的功率放大器输出端，所述步进电机的控制信号输入端连接所述外部计算机驱动信号输出端，所述耦合剂槽内还设置有用于接收所述样本产生的磁声信号的声换能器。
所述的静磁铁和激励线圈是分别通过固定支架设置在所述样本的上方。
本发明的基于调制激励的磁声信号产生方法及装置，提出将高频信号经调制后作为激励信号，用来提高成像激励信号的功率密度，减小传输过程的时域信号畸变， 以获取良好的时频特性，便于成像特征的提取及分析，并在一定程度上实现磁声信号信噪比的提高，最终达到提升成像质量的目的。本发明对磁声信号的特征提取及分析具有重要意义。
附图说明
图1是本发明基于调制激励的磁声信号产生方法的流程图；
图2是本发明实例中所产生的包络信号图；
图3是本发明用于基于调制激励的磁声信号产生方法的装置的结构示意图。
图中
1：激励模块 11：载波信号源
12：调制信号源 13：乘法器
14：函数发生器 15：同步控制器
16：功率放大器 2：磁声信号产生模块
21：耦合剂 22：样本
23：旋转托盘 24：声换能器
25：步进电机 26：耦合剂槽
27：激励线圈 28：固定支架
29：静磁铁 3：外部计算机
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的基于调制激励的磁声信号产生方法及装置做出详细说明。
如图1所示，本发明的基于调制激励的磁声信号产生方法，包括通过乘法器将载波信号源和调制信号源产生的载波信号和调制信号进行乘法运算，得到包络信号，所述包络信号在同步控制信号的触发下送入功率放大器，通过功率放大器放大，将放大后的信号作为激励信号，作用于激励线圈，使激励线圈中产生闭合的激励电流，通过空间的电磁感应，使样本中产生感应涡流，所述的感应涡流在静磁场的作用下产生磁声信号，通过声换能器接收所述的磁声信号。其中，
所述载波信号的波形为正弦波，频率为1MHz～5MHz。所述调制信号使用高斯函数作为调制信号。所述同步控制信号的频率为10Hz～100Hz之间。
本发明的基于调制激励的磁声信号产生方法，为满足成像的空间精度达到毫米量级，要根据公式：选定载波信号的频率要在兆赫兹量级，同时考虑到载波信号在传输过程中的衰减，所以将载波信号的频率范围确定为1MHz～5MHz之间。上述公式中，f为高频载波信号频率，cs为声信号在介质中的声速，li为待成像的空间分辨率。
如图3所示，本发明的用于基于调制激励的磁声信号产生方法的装置，包括有分别通过外部计算机3控制的激励模块1和与所述的激励模块1输出相连的磁声信号产生模块2，其特征在于，所述的激励模块1包括有：输入端分别连接有载波信号源11和调制信号源12的乘法器13，所述乘法器13的输出端连接函数发生器14，将达到参数要求的包络信号送入函数发生器14。所述函数发生器14的外部触发端连接同步控制器15的输出端，所述同步控制器15的输入端连接所述外部计算机3的控制信号输出端，在同步控制器15的触发下所述函数发生器14的输出端连接功率放大器16的输入端，将包络信号送入功率放大器16。所述功率放大器16的输出端连接所述磁声信号产生模块2。
所述的磁声信号产生模块2包括有分别位于内部充满耦合剂21的耦合剂槽26内的：步进电机25、连接在所述步进电机25输出端的用于承载样本22的旋转托盘23，所述的旋转托盘23在步进电机25驱动下旋转，使声换能器24接收到样本22在不同位置的声信号并转化为电信号。在耦合剂槽26上方对应所述样本22设置有用于产生作用在样本22上的交变磁场的激励线圈27，在所述激励线圈27的上方设置有用于产生静磁场的静磁铁29，所述的静磁铁29和激励线圈27是分别通过固定支架28设置在所述样本22的上方。其中，所述的激励线圈27连接激励模块1中的功率放大器16输出端，所述步进电机25的控制信号输入端连接所述外部计算机3驱动信号输出端，所述耦合剂槽26内还设置有用于接收所述样本22产生的磁声信号的声换能器24。所述的声换能器24与样本22完全充分处于耦合剂环境之中，且令声换能器24轴向与样本22准直以便拾取声信号。
下面举例说明具体实施过程：
(1)将载波正弦信号的中心频率选定为4MHz，调制信号选定为高斯信号，根据需要的正弦波个数选定高斯函数均值与标准差，最终实现经调制的包络信号，如图2所示。
(2)同步控制信号的频率设定为100Hz，用于对函数发生器进行触发控制。
(3)将函数发生器输出的包络信号经功率放大器放大至2500Vpp。
(4)将放大后的信号作为激励信号，与激励线圈相连。选择感应式施加电流的方式，使用经阻抗匹配后的激励线圈，通过电磁感应原理使样本内部产生涡电流。
(5)按如图2所示位置固定静磁场，本例选定静磁铁，静磁铁的磁感应强度为0.3T。
(6)将样本置于旋转托盘之上，选择中心频率为4MHz的平面声换能器并如图3所示固定，使声换能器中心沿轴向与样本保持水平。
(7)通过外部计算机对步进电机进行控制，使声换能器接收样本在不同位置处所对应的磁声信号。
Claims (7)
1.一种基于调制激励的磁声信号产生方法，其特征在于，通过乘法器将载波信号源和调制信号源产生的载波信号和调制信号进行乘法运算，得到包络信号，所述包络信号在同步控制信号的触发下送入功率放大器，通过功率放大器放大，将放大后的信号作为激励信号，作用于激励线圈，使激励线圈中产生闭合的激励电流，通过空间的电磁感应，使样本中产生感应涡流，所述的感应涡流在静磁场的作用下产生磁声信号，通过声换能器接收所述的磁声信号。
2.根据权利要求1所述的基于调制激励的磁声信号产生方法，其特征在于，所述载波信号的波形为正弦波，频率为1MHz～5MHz。
3.根据权利要求1所述的基于调制激励的磁声信号产生方法，其特征在于，所述调制信号使用高斯函数作为调制信号。
4.根据权利要求1所述的基于调制激励的磁声信号产生方法，其特征在于，所述同步控制信号的频率为10Hz～100Hz之间。
5.一种用于基于调制激励的磁声信号产生方法的装置，包括有分别通过外部计算机(3)控制的激励模块(1)和与所述的激励模块(1)输出相连的磁声信号产生模块(2)，其特征在于，所述的激励模块(1)包括有：输入端分别连接有载波信号源(11)和调制信号源(12)的乘法器(13)，所述乘法器(13)的输出端连接函数发生器(14)，所述函数发生器(14)的外部触发端连接同步控制器(15)的输出端，所述同步控制器(15)的输入端连接所述外部计算机(3)的控制信号输出端，所述函数发生器(14)的输出端连接功率放大器(16)的输入端，所述功率放大器(16)的输出端连接所述磁声信号产生模块(2)。
6.根据权利要求5所述的用于基于调制激励的磁声信号产生方法的装置，其特征在于，所述的磁声信号产生模块(2)包括有分别位于内部充满耦合剂(21)的耦合剂槽(26)内的：步进电机(25)、连接在所述步进电机(25)输出端的用于承载样本(22)的旋转托盘(23)，在耦合剂槽(26)上方对应所述样本(22)设置有用于产生作用在样本(22)上的交变磁场的激励线圈(27)，在所述激励线圈(27)的上方设置有用于产生静磁场的静磁铁(29)，其中，所述的激励线圈(27)连接激励模块(1)中的功率放大器(16)输出端，所述步进电机(25)的控制信号输入端连接所述外部计算机(3)驱动信号输出端，所述耦合剂槽(26)内还设置有用于接收所述样本(22)产生的磁声信号的声换能器(24)。
7.根据权利要求5所述的用于基于调制激励的磁声信号产生方法的装置，其特征在于，所述的静磁铁(29)和激励线圈(27)是分别通过固定支架(28)设置在所述样本(22)的上方。
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