[实用新型]多通道超声信号转换装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及医疗超声成像技术、工业无损检测技术以及信号处理领域，具体是一种多通道超声信号转换装置。

背景技术

超声成像技术广泛应用于医学、军事、工业、农业等众多领域，而超声换能器是实现超声成像的关键部件之一。在医学方面，由于超声成像具有安全、无创、便携、易用、价格便宜等优势，20世纪末超声检查已占据各类医学影像检查方式的四分之一，超声成像在临床诊断领域发挥着巨大的作用；在工业方面，超声无损检测技术是发展速度最快的一种检测技术，与其它常规无损检测技术相比，超声无损检测技术具有检测对象范围广，检测深度大，缺陷定位准确，灵敏度高，成本低，使用方便，速度快，对人体无害以及便于现场使用等特点；在水声成像方面，海底矿物资源开发需要进行工程勘测和水下监视，在海洋权益划界谈判中，需要海底地形地貌资料的支持，航道疏浚工程也需要地形地貌测量和工程量评估，重要水上活动区域、基地、水下设施和船只等需要防范小型潜器(如微型潜艇)和蛙人的恐怖袭击，水声成像技术还可用于鱼群探测、海洋石油勘探、船舶导航、水下工程（护岸工程、水下管线等）探查、沉物打捞、水下作业监视、水下考古、水文测量等；在军事方面，水声成像技术可以用于水雷等水下爆炸物的探测与识别、基地和舰艇的安全防范、地形匹配导航等。

在众多超声换能器应用领域，压电超声换能器（PMUT）是应用最为广泛的一种，是利用压电材料的压电效应制作而成的一种换能器，压电陶瓷是现今最常用的压电材料。由于受到压电材料、结构形式、加工工艺等因素的影响，使得传统的压电超声换能器存在声阻抗不匹配、工作频率受限、温度范围较小、制作工艺复杂、成品率较低、一致性较差等许多不足之处。随着集成电路制造技术和微加工技术的快速发展，超声换能器的设计、制造和加工技术也在不断地更新和发展，不断涌现出各种新型制造和加工技术。基于MEMS技术的电容式微机械超声换能器（CMUT）具有传统压电超声换能器所不具备的显著优势，既具有电容换能器的宽频带和高接收灵敏度的优势，也充分利用了 MEMS微加工技术适合制作微型高密度阵列，实现阵元的高一致性批量化生产，有利于换能器与信号处理电路集成。有望替代传统压电超声换能器成为市场的主流产品。由于CMUT和PMUT的工作机理不同，传感器工作参数设定不一致，因此无法将CMUT应用于PUMT成像系统。目前还未见CMUT与PMUT成像系统匹配的相关报道。本发明多通道超声信号转换装置，在发射阶段将PMUT系统的发射参数通过信号限幅、脉冲整形电路、阻抗匹配电路变为CMUT所需参数，实现CMUT与超声成像系统的完美匹配；在接收阶段，当CMUT接收到回波信号时通过微小电容检测电路、信号滤波电路将检测电容转换为PUMT成像系统所需的电压信号，实现目标物体成像。

发明内容

本实用新型是为了解决CMUT与PMUT成像系统参数不能匹配问题，实现充分利用现有设备资源、免于二次开发，提供一种多通道超声信号转换装置。

本实用新型采取以下技术方案：一种多通道超声信号转换装置，包括发射信号调理电路、阻抗匹配电路、CMUT发射电路、CMUT接收电路、接收信号调理电路和电源模块，电源模块分别为发射信号调理电路、阻抗匹配电路、CMUT发射电路、CMUT接收电路和接收信号调理电路供电，发射信号调理电路输入端接收信号，发射信号调理电路输出端与阻抗匹配电路输入端连接，阻抗匹配电路输出端与CMUT发射电路输入端连接，CMUT接收电路通过声压感知CMUT发射的回波信号，CMUT接收电路输出端与接收信号调理电路输入端连接，接收信号调理电路输出端输出信号。

所述的发射信号调理电路包括基于施密特触发器的超声脉冲整形电路和高压交流变压限幅电路。

所述的接收信号调理电路包括微小电容检测放大电路和带通滤波电路。

所述的阻抗匹配电路包括变压器、电容C′、电容C和电阻R，变压器输入侧与电源连接，变压器输出侧第一端口与电容C′的一端连接，电容C′的另一端与电感L的一端连接，电感L另一端分别与电容C、电容C0和电阻R的一端连接，电容C、电容C0和电阻R的另一端与变压器输出侧第二端口连接。