周期性管柱信道声传输特性的有限元仿真分析

在石油钻井过程中,井下信息的获取与实时传输对准确评价地层、油藏描述及开发等过程具有重要的意义。井下声波传输方式是井下信息传输的主要方法之一,其利用井下固有的管柱信道作为信息传输的载体,具有传输速率高和适应性好的优点。以有限元方法为基础,利用有限元仿真软件COMSOL建立二维轴对称管柱模型。对周期性管柱信道的声波传输特性(时域和频域)进行分析,研究套管与接箍交界处声阻抗突变、钻井液黏滞阻尼损耗和管柱结构阻尼损耗对声波传输特性的影响规律。结果表明:有限元方法可以获得通阻带交替的梳状滤波器频谱结构;钻井液的黏滞耦合会降低声波信号的能量,且随着声波频率变高,通带内幅值衰减变大;管柱结构阻尼会使得通带内的能量随着声波传输距离增加而降低。开展了周期性管柱信道的声波传输特性现场测试实验,验证了仿真结果具有较高的准确性,可以为声波遥传系统的设计开发奠定基础。

最小方差波束形成与广义相干系数融合的医学超声成像方法

为了在医学超声成像过程中提高分辨率并修正由生物组织的声速不均匀性引入的聚焦误差,提出了将最小波束形成与广义相干系数融合的高分辨率成像方法。首先对阵元数据进行延时聚焦处理,得到了聚焦后的多通道数据;然后对多通道数据进行最小方差波束形成,同时把阵元数据变换到波束域,计算广义相干系数;最后利用广义相干系数加权最小波束形成的结果,得到回波数据,送入成像系统进行成像。为了验证算法的有效性,对医学成像上常用的点目标和斑目标进行了成像实验。结果表明:本文方法可以通过调节参数来调节性能,在分辨率、对比度以及鲁棒性方面都优于传统的常规波束形成法和最小方差波束形成法。

非整数时延相位补偿的时域平均技术

从时域平均中误差的产生、相位累积误差原理等方面对已有的时域平均算法进行了深入的分析,在此背景下,提出了一种可以在理论上彻底避免相位累积误差的方法——非整数时延相位补偿。在提出该方法之初,对非整数时延在离散信号处理中的物理含义进行了详细的分析,进而给出了有限长序列的非整数时延的实现方法以及序列周期延拓带来的截断误差机理分析。然后,在已有时域平均算法的基础上,通过引入非整数时延相位补偿的方法避免了相位误差,得到了无相位误差的时域平均算法。最后,通过仿真对比实验,证明了这种有限长非整数时延的时域平均算法在理论上可以获得比现有时域平均更好的性能。

可配置相控阵超声成像系统及NDT应用

0引言超声相控阵成像对于无损检测具有重要的意义,今年来得到了广泛应用[1][2][3]。发展的电子技术使得目前的相控阵成像系统发展越来越快。利用可编程器件和处理器的可配置性,可以实现不同的成像策略及数据处理。目前,国际上出现了一些用于超声相控阵成像的平台[4][5][6]。还有一些厂商也开发了一些成熟产品,例如GE Phasor

压缩感知在合成发射孔径医学超声成像中的应用

为了解决合成发射孔径技术在医学超声成像实现中面临的数据量大及接收通道多的问题,提出一种超声成像系统频率域稀疏性模型的压缩感知成像算法。首先对超声系统频率域稀疏性模型进行了验证;然后根据稀疏性模型利用压缩感知理论对回波信号进行压缩采样,并使用最优化方法完成回波信号重建;最终通过合成发射孔径技术完成超声成像。针对医学成像中常用的点目标及模拟胎儿目标进行成像仿真实验,对重建图像在均方误差、分辨率及成像质量等方面与常规成像结果对比分析。实验结果表明在保证成像质量的同时,仅使用30%原始数据量及50%总接收通道数目可完成成像;频率域稀疏性模型的压缩感知成像算法可以大幅度减少合成发射孔径成像所需数据量及接收通道数,极大地降低了系统复杂度。

一种简单高精度超声液位计系统的设计与实现

介绍了超声时延法测距的基本原理,设计并实现了一种基于DSP的超声液位计系统,改进国内同类产品精度和稳定度偏低的问题。利用选用的AD、DSP芯片特点,给出了一种简单高效率的超声换能器驱动电路和回波采集放大电路的实现方案;使用通用16位定点DSP芯片TMS320VC5502,实现测距算法,增强了后端数字信号处理能力;使用收发一体窄带超声换能器发射和接收超声信号,其中心频率20kHz,3dB带宽1kHz。实验结果表明,本系统测量范围为0.5～18m,测量精度可达到测量距离的0.5%。

压缩感知在医学超声成像中的仿真应用研究

为了解决医学超声成像系统中面临的采样率高,数据量大的问题,提出将压缩感知理论方法用于医学超声成像。首先建立了超声信号在时域的稀疏表达模型,然后利用模拟信息转换器对信号进行稀疏采样,最后使用最优化方法完成回波信号重建,利用合成发射孔径方式完成最终超声成像。为了验证算法的有效性,利用Field II对点目标以及复杂组织目标进行了仿真实验,在均方误差、分辨率、对比度以及成像质量上与常规成像结果对比分析。结果表明,采用1/2奈奎斯特采样频率,以30%原始数据所完成的成像仍然可保证良好的图像质量。采用压缩感知理论可以大幅度降低医学超声系统的采样率及总数据量。

一种用于超声成像的零相位滤波后处理方法

针对超声成像中基于有限脉冲响应滤波器的零相位滤波处理效率低难以满足实时性要求高的系统需求的问题,提出采用无限冲激响应滤波器实现零相位滤波后处理的方法。首先,分别设计幅频特性相似的有限脉冲响应滤波器和无限冲激响应滤波器作为零相位滤波器的基础滤波器;然后,针对超声相控阵系统采集的超声波回波射频信号,采用两种不同的零相位滤波方法进行处理,对比分析二者的性能、成像效果和效率。结果表明,实现幅频特性近似的零相位滤波,无限冲激响应滤波器具有更低的阶数,可以达到前者的1/4,算法的运算量更低,仅约为前者的1/2。当无限冲激响应滤波器采用直接形式实现时,效率更高,系统的实时性更好。

基于TMS320VC5502的电子耳蜗CIS算法实现

针对电子耳蜗连续交替采样算法(CIS)实现中面临的所需刺激速率高、要求参数调整灵活等问题,提出了一种基于FFT的CIS算法实现方法,设计了一套基于TMS320VC5502的电子耳蜗体外处理器的硬件系统。利用单频信号和实际语音对系统进行了验证,结果表明系统高效地实现了CIS算法,刺激速率达到了8 000次以上,满足电子耳蜗的要求。因此该设计系统有着高灵活性、高实时性和低功耗等特点,对电子耳蜗的研究和工程实现具有一定的指导意义。

频散信号的窄带互相关模型及其相延迟估计

指出已有的窄带信号互相关模型不能直接应用于频散信号的相延迟估计,尤其是在频散程度比较大的情况下。通过研究发现,导致这一结果的原因在于已有的窄带信号互相关模型中的相位量为线性假设,而频散信号互相关函数中的相位信息已包含了高阶的非线性成分,已有模型与实际情况不再匹配。为此,将二阶相位量引入已有窄带互相关模型,建立一种针对频散信号的窄带互相关模型,可以有效进行频散窄带信号的相延迟估计,通过对比发现,本方法对仿真信号的相延迟估计的误差小于原方法误差的十分之一,同时该方法在环境的适应性方面也要明显优于已有方法,如对信号带宽的变化不敏感等。

便携式数字B超收发电路的设计与实现

本文通过不同方案对比,综合权衡信号质量、功耗、面积和成本等因素,提出并实现了一种数字化便携式B超的收发电路设计。在总体结构的基础上,重点分析、介绍了高压开关、收发隔离选通和控制逻辑部分的设计方案,并给出了初步测试和实验结果。设计及测试结果表明设计的便携式B超前端收发电路具有体积小、结构简单、通道一致性好等优点,具有较高的信号质量及较低的信号失真度,并保持较低的功耗,能够实现编码发射;达到了设计目标。

超声虚源成像中自适应双向空间逐点聚焦方法

针对传统超声成像中图像分辨率和对比度随深度下降的问题,提出了一种基于虚源的自适应双向空间逐点聚焦超声成像方法。首先,使用超声换能器线列阵分子孔径分别定焦点发射和接收超声波,采集扫描线数据;然后将焦点视为虚拟点声源,计算虚源到空间成像点的延时,利用合成孔径原理再次进行空间逐点聚焦;在合成过程中采用相干系数进行自适应加权。采用空间脉冲响应法对不同深度的点目标和囊目标仿真成像,从而量化分辨率和对比度。在F数为1.5、焦距为10 mm时(对应子孔径阵元数为17)可以获得与64通道定焦点发射、动态聚焦接收相当的图像质量且在所有深度上保持一致。实际硬件平台的体模成像实验进一步验证了方法的有效性。该方法可在整个成像深度范围内保持和常规成像一致的分辨率和对比度,从而获得更优的整体成像效果。

利用回波相干性的医学超声成像相位畸变校正方法

为了提高相位畸变条件下的医学超声成像的横向分辨率和对比度,提出了一种利用回波信号相干性的校正方法。首先给出平均相干系数的概念,并将其作为相位误差校正的度量,然后通过最大化平均相干系数逐步校正各个通道的延时误差,最后再利用经过校正的数据计算出一组新的相干系数并对回波信号进行加权优化,从而得到最终用于成像的数据。对点散射目标及斑散射目标的仿真结果分别显示,利用所提出的方法横向分辨率提高了约0.24 mm,对比度提高了约18 dB,且要优于邻近阵元互相关方法和相干系数直接加权的处理方法。利用回波相干性的相位畸变校正方法结合了相位误差校正和加权处理的优点,可以有效地改善医学超声成像的质量。

最小均方误差解调算法在彩色超声血流成像中的研究

研究了最小均方误差正交解调算法在超声血流成像中的应用。首先由设计的期望信号与接收信号在最小均方误差原则下得到其迭代解调形式，获得回波信号同相分量和正交分量，然后由得到的正交解调信号通过自相关的方法对血流流速进行估计。解调算法的仿真结果表明，对高斯噪声信噪比为0．5—10dB的正弦波调制信号，解调输出平均信噪比与Hilbert变换法和I／Q解调法相比分别提高了15dB和4dB；血流成像的仿真结果表明，在流速估计性能相当的情况下，解调的乘法运算量仅分别为上述对比方法的18％和9％。因此在超声血流成像中应用最小均方误差正交解调算法，对于提高估计性能和降低运算量都有一定意义。

楔块中脉冲声场及相控阵成像自检研究

相控阵横波检测必须在换能器前方加上楔块,对于楔块中的声场进行研究具有重要意义。本文通过数值计算和物理实验研究了超声相控阵楔块中的脉冲声场,分析并解释了超声相控阵系统自检成像过程中各种波形的产生机理和转换过程。首先从固体中超声传播理论出发,采用时域有限差分方法对相控阵楔块中各阵元独立发射条件下的脉冲声场进行仿真计算,给出了超声脉冲在楔块中的传播过程;然后开展了对应边界条件下相控阵楔块的B模式成像实验。数值模拟和物理实验的结果基本一致。本文的研究初步展示了楔块中的脉冲声场,其结果可为超声相控阵系统自检和楔块设计提供参考。

渐进式频率-波数域全聚焦超声成像

为了提高全聚焦超声成像的质量和速度,提出了渐进式频率波数域全聚焦超声成像方法(GTFM-FW)。首先通过逐次激励超声相控阵各阵元并全孔径采集回波,得到全矩阵数据;然后通过傅里叶变换将全矩阵数据中的一组或多组对角线数据变换到频率波数域,对各组对角线数据的变换结果进行对齐并叠加;最后利用Stolt变换和二维逆傅里叶变换得到全聚焦成像结果。为了验证算法的有效性,对仿真点目标以及试块进行了详细成像实验。结果表明:本文方法可以通过改变全矩阵数据的使用量来实现成像分辨率与旁瓣干扰间的折中。并且由于采用频率波数域处理,在成像分辨率优于传统全聚焦成像算法的情况下,运算量大大降低。

虚拟源方法应用于B超成像系统的研究

0引言在传统B超成像中,接收时可实现逐点聚焦,但发射时只能单点聚焦或分段多点聚焦,因此只能在发射焦点附近获得较高的分辨率。合成孔径技术在理论上可获得不受深度影响的横向分辨率,但其应用受到了低信噪比等因素的限制。本文研究了虚拟源方法[1]在B超成像中的应用,分析了其对分辨率和信噪比的影响,并通过仿真实验验证了该方法能够提高成像质量。

医学超声成像中近场相位屏模型的研究

0引言医学超声成像中存在着相位畸变问题,主要原因是由于人体组织中声速分布的不均匀性,如脂肪中的声速大约为1470m/s,而胶原组织中的声速约为1665m/s,颅骨中的声速介于2060 m/s到3360 m/s之间[1]。而我们在设计超声成像系统时,大都假定声速在人体组织中的传播速度均为固定不变的数值(通常取1540 m/s)。当超声波在人体内传播时,由于波前经过的路径不同而产生了相位畸变。

基于FPGA的可控增益超声检测系统研究

0引言超声无损检测是指利用超声波与工件相互作用,对声波反射、散射和透射进行研究,并进而对其特定应用性进行评价的技术[1][2]。由于超声波不会对人体和被检测器件造成伤害,因此成为无损检测技术的重要方法之一[3]。超声波在不同性质的介质中传播时将发生反射、折射和复杂的波模式转换,使得超声波能量被吸收和散射。

忆博古与《解放日报》

提起博古这个名字,似乎总是与错误路线联系,然而,有谁知道,博古在中共新闻战线上呕心沥血的工作?