[发明专利]一种基于调频连续波超声成像系统及检测方法

权利要求书

1.一种基于调频连续波超声成像系统，其特征在于：包括调频连续波产生模块、超声波发送与回波接收模块、信号处理模块及显示模块，所述调频连续波产生模块与所述超声波发送与回波接收模块电连接，所述调频连续波产生模块用于产生一个在时域上频率与时间成线性关系的频率信号，所述超声波发送与回波接收模块用于发送所述调频连续波产生模块产生的调频连续波并接收反馈信号，所述超声波发送与回波接收模块输出端与所述信号处理模块输入端电连接，所述信号处理模块对接收的反馈信号进行处理后发送给显示模块进行成像；

所述调频连续波产生模块包括压控振荡器、数模信号转换器、带隙基准电压单元和微控制单元；

所述微控制单元输出端与所述数模信号转换器输入端相连接；

所述数模信号转换器用于产生一个编程电压，通过所述微控制单元，按照一定时间周期固定输出一个锯齿波或三角波电压信号，为所述压控振荡器提供控制电压，最终产生一个频率与电压成线性关系的电信号；

所述数模信号转换器输出端并联上一个带隙基准电压单元；

所述带隙基准电压单元为所述数模信号转换器提供参考的基准电压，稳定输出电压，减少噪声信号的产生，使连续波的输出更稳定；

所述数模信号转换器输出端与所述压控振荡器输入端相连接；所述数模信号转换器的分辨率不低于10位，其输出电压建立时间不高于1ms，有助于输出电压的稳定性与快速响应；

所述超声波发送与回波接收模块包括功率放大器、换能器和预放大处理电路，所述功率放大器输出端与所述换能器输入端相连接将放大后的信号发送，所述换能器将接收的反馈信号传输给所述预放大处理电路处理；

所述信号处理模块对信号混频并过滤提取差频信号，排除干扰；所述信号处理模块包括混频器、低通滤波器、FFT快速傅立叶变换器及数字信号处理器，所述混频器输出端与所述低通滤波器输入端相连接，所述FFT快速傅立叶变换器将过滤后的信号进行处理，传输到所述数字信号处理器处理成像，并在所述显示模块进行显示；所述压控振荡器的输出端与所述混频器的输入端相连接；

所述换能器采用阵列式换能器，所述阵列式换能器采用口径10mm的换能器作为阵列单元。

2.如权利要求1所述的一种基于调频连续波超声成像系统，其特征在于：所述换能器为基于压垫微机械超声换能器阵列的超宽带换能器。

3.如权利要求1所述的一种基于调频连续波超声成像系统，其特征在于：所述压控振荡器采用线性压控振荡器。

4.一种基于调频连续波超声成像的检测方法，其特征在于：所述方法基于如权利要求1所述的一种基于调频连续波超声成像系统实现，该方法包括以下步骤：

步骤1、通过调频连续波产生模块产生周期性的线性频率调制的连续波；

步骤2、通过功率放大器将调频连续波信号经过功率放大器发送至换能器，将超声波发射出去；

步骤3、换能器同时接收回波信号并转化为电压信号后经过预放大处理电路处理后，对调频连续波产生模块中的连续波信号经过混频器进行混频，混频后的信号在频率域上表现为调频连续波产生模块中的连续波信号和换能器接收的回波信号这两个信号的频率和与频率差，经过低通滤波器处理得到最终有效的下变频率信号，即差频信号；

步骤4、对于下变频率信号通过FFT快速傅立叶变换器进行FFT快速傅立叶变换，得到基频信号，用于表征换能器与探测目标之间的距离以及探测目标的物质特性，再通过信号处理模块及显示模块，最终实现成像，其中换能器与探测目标之间的距离由频率来体现，而探测目标的物质特性由幅值来体现。

5.如权利要求4所述的一种基于调频连续波超声成像的检测方法，其特征在于：锯齿波调制、三角波调制两种方式下，换能器与探测目标之间的距离分别通过公式（1）、（2）进行表征：

其中D_istance为换能器与探测目标之间的距离，V为声波在相关介质内的传递速度，f₀为发射波与回波的频率差，T为时间周期，ΔF为连续波频率的最大频率f_max与最小频率f_min之差。