基于FPGA的超声检测系统的设计与实现

【摘要】本文的研究工作主要是设计并研制一种便携超声检测设备,该设备与一般的医学超声系统不同在于：携带方便,能耗较低,容易与其他设备连接。设计中选用了Supertex公司的MD1211及TC6320作为核心元件搭建脉冲发射电路,选用ADI公司的AD8331及AD9215为核心搭建信号接收电路,以FPGA芯片EP3C10E144作为主控芯片及运算处理器。设计完成后,利用该系统对标准试块、超声仿体以及离体猪皮下脂肪组织三种被测进行测量实验,实验的结果表明,本文提出并设计的超声检测系统可以得到较为准确的测量结果,可以用于皮下脂肪组织的检测及其他用到超声脉冲回波检测的场合,具有潜在的应用价值。同时系统的功耗相对较低,体积和重量都较为小巧,十分适合携带以及移动诊疗。本文的主要工作包括：(1)介绍了超声检测仪器的发展及现状,提出了便携化超声诊断仪器的概念,分析其具备的优势,指明课题的研究意义和目的。(2)对超声检测过程中会涉及到的基本声学原理及目前常见的检测技术进行介绍。主要声学参量(包括声压、声功率、声阻抗)的含义与相关公式；超声传播规律包括反射、投射、折射、吸收以及衰减。最后对超声脉冲回波的基本原理做了简要说明。(3)介绍超声检测系统的硬件电路设计,重点关注的是负责信号发射与接收的系统模拟前端以及负责逻辑控制和信号处理的主控模块,对它们的工作原理与设计过程进行介绍。(4)涉及到回波信号的后期处理问题。首先对接收端的信号特征进行分析,分别对电噪声、散射噪声、结构噪声三种类型的噪声的来源与特征进行分析,针对每种噪声提出相应的处理办法,并设计FIR滤波器滤除回波信号中的杂波。(5)设计实验利用上述超声测量装置对标准试块、超声仿体以及离体猪皮下脂肪组织样品三种被测进行测量,并将测量结果与标准数值或通过其他方式得到的测量数值进行比对,分析上述超声测量装置测量结果的可靠性与准确性。
【作者】刘燕姿；
【导师】霍彦明；
【作者基本信息】河北科技大学，生物医学工程，2014，硕士
【关键词】超声检测；FPGA；电路设计；信号处理；

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