基于轨道角动量谱分解的多通道水声通信及系统实现

水声通信能够实现信息的长距离传输,在深海探索和军事领域发挥重要作用.然而,由于换能器带宽和声波波长的影响,水声通信的发展与应用受到传输衰减大和信道容量低以及频谱利用率不足的限制.本文结合复用涡旋声束(AV)和轨道角动量(OAM)谱分解技术,研究了基于环形收发阵列的多通道水声通信方法,并系统实现.基于发送数据的ASCII编码,利用全息信号的幅度和相位调制,驱动环形换能器阵列发射沿轴传输的多通道OAM复用涡旋声束,并通过环形换能器阵列的信号采样和OAM谱分解完成复用涡旋声束的OAM模态解码,实现了高效的并行数据传输.构建了8声源环形收发阵列和全息相控系统,开展了6通道水声通信研究,成功实现了复用涡旋声场的实验测量和OAM解码,并与传统单通道二进制串行数据通信进行性能比较.理论和实验结果证明,基于OAM谱分解的通信通道数由发射阵列的阵元数N决定,其解码精度由发射信号的相位精度和接收阵列的阵元数决定;阵元数N≥1的大阵列系统在满OAM模式复用条件下的传输速率约为传统水声通信的N倍.本研究表明基于OAM谱分解的多通道通信可大幅提高信道容量和频谱利用率,为其在水声通信中的实际应用提供了一种实用方案.

聚焦换能器声场特性的快速检验方法

高强度聚焦超声(HIFU)已在无创肿瘤治疗方面展示出巨大的应用潜力,而换能器聚焦性能的优劣对疗效起到至关重要的作用,因此声场的精确测量成为实际应用的重要保障.由于加工工艺和安装精度的限制,聚焦换能器的实际声场和理想声场可能存在一定偏差.针对传统三维扫描测量存在速度慢和精度低的问题,提出了一种基于双平面双精度测量的聚焦换能器声场特性快速检验方法.通过沿理想z轴的高精度一维扫描确定换能器倾斜角范围,在声压极值点所在横截面内利用低精度和高精度变邻域搜索法实现最大声压点的精准定位,进一步通过焦域内双平面最大声压点构建声场的实际轴线,完成实际声场焦点的精确定位,最后基于实际焦平面内轴向与径向的高精度测量结果,计算获得焦域尺寸、旁瓣大小、分布对称性和声功率等性能参数.利用构建的声场扫描实验系统对聚焦换能器声场进行三维扫描和快速测量,结果表明在相同的测量精度(0.1 mm)下可以有效提高测量速度百倍以上,具有测量速度快、测量精度易于调节和性能分析全面等优点.方法为聚焦换能器检验提供一种高精度的快速声场测量新技术,在超声治疗仪器的检验中具有重要的指导意义与应用价值.

Sinusoid-Golay编码单脉冲激励提升磁声电成像精度

针对低电导率生物组织的成像需求,利用Sinusoid-Golay编码单脉冲激励提高磁声电信号的信噪比和定位精度,实现了高精度的磁声电成像。首先,在考虑换能器指向性的基础上,推导了Sinusoid-Golay编码单脉冲激励的磁声电理论公式,并引入激励转换因子和自相关计算,实现磁声电信号测量和解码重建,理论证明了N位Sinusoid-Golay编码可以将磁声电信号的主瓣幅度提高2N倍,并具有良好的脉冲压缩和噪声抑制能力。然后,在5 dB信噪比条件下,模拟了16位Sinusoid-Golay编码单脉冲激励层状组织模型所产生的磁声电信号,通过匹配滤波解码和叠加增强了磁声电信号的主瓣,并消除了其旁瓣,实现了组织边界的精确定位和电导率梯度的准确重建。最后,搭建了磁声电检测和线性扫描成像系统,利用正弦单周期和16位Sinusoid-Golay编码单脉冲激励,对三层凝胶仿体进行了磁声电测量和图像重建。Sinusoid-Golay编码单脉冲激励能够提高磁声电信号的信噪比约6.5 dB,并精确重构了组织边界电导率变化的幅值和极性。该研究为基于电学特性差异的组织病变早期检测提供了一种高精度磁声电快速成像方法。

基于反相位脉冲技术的生物组织谐波成像研究

理论及实验研究了反相位脉冲技术在生物组织二次谐波成像中的应用。结合有限振幅声波的非线性传播理论,从理论上证明了反相位脉冲技术可有效抑制基波信号,同时二次谐波信号增强两倍,轴向及径向声场的实验测量结果基波被抑制30～50dB,二次谐波提高6dB,与理论相符。建立了相应的成像系统,对若干生物离体组织进行了基于反相位脉冲相位技术的二次谐波成像,并与常规的基波及二次谐波图像对比,进一步证明了该技术能有效提高图像的对比度和清晰度。

生物组织成像中用反相位脉冲技术提高二次谐波信噪比的研究

本文基于有限振幅声波在介质中的非线性传播理论,分析了反相位脉冲技术对生物组织中二次谐波增强的原理。实验中利用反相位脉冲激发超声换能器,对生物组织中传播的非线性信号相加分析。结果表明反相位脉冲技术可有效抑制基波及奇次谐波信号,而可增强偶次谐波信号6dB。与滤波器滤波法相比,反相位脉冲技术在抑制基波信号的同时,可有效地提高二次谐波的信噪比,因而在生物组织的二次谐波成像中具有广阔的应用前景。

多媒体教学智能控制系统的设计

介绍了多媒体教学智能控制系统的结构原理 ,并针对投影机的保护与信号的选择和设备遥控提出一套可靠的控制方法 。

闭路电视前端设备控制系统的设计

介绍了闭路电视前端设备控制系统的原理和作用 ,着重说明了电源控制、信号切换控制的原理和电路 ,以及控制流程图与软件 .

基于闭路电视网络的计算机远程控制

介绍了一种在闭路电视网络上利用DTMF变换技术和调频技术相结合来传输计算机串行控制编码信号的方法 。

高压蓄电池组的计算机检测设计

介绍了消防高压蓄电池组计算机检测系统的工作原理 ,着重讲解了电池组检测和电平变换、单片机数据检测。

电声器材检测系统的设计

介绍了电声器材检测仪的软件和硬件设计，以及它和微机的串行通讯。

指向性测试系统的设计

介绍了传声器和扬声器指向性测试系统的软件和硬件设计，以及它和计算机之间的数据通信和处理，并给出测量结果数据和图形。

闭路电视系统前端设备的自动控制设计

介绍闭路电视系统前端设备自动控制的原理和方法,着重说明了电源控制、信号切换控制、遥控信号处理控制及其控制流程图与软件。

多音频调制CATV远程数据传输和设备控制

介绍以多音频调制技术和调频技术相结合来实现CATV网络中计算机串行数据传输和远程控制的方法 ,着重分析数据的多音频调制发送和接收的原理 ,并且将这种方法应用到校园设备的计算机远程控制自动管理系统中。

线切割群控及其图像处理技术

基于线切割机的单片机和微型计算机控制设计的一种可扩展的分布式集散型线切割群控系统,能完成加工控制、断电记忆、工件编程、数据传输、图像处理和存储等一系列重要的操作。

分布式集散型线切割群控系统的设计

分布式集散型线切割群控系统是以微型计算机为中心、RS -4 85网络为数据通道、单片机控制器为机床控制终端的系统 ,实现工件加工控制、数据断电记忆、工件编程和数据传输、图像处理和存储等功能 .

超谐波声场及其生物组织成像的理论及实验研究

理论及实验研究了平面活塞换能器激发的超谐波(三次、四次及五次谐波的线性幅度叠加)的轴向和径向声场特性,讨论了声源强度及传播距离对超谐波的强度及指向性的影响。结果表明在合适的声源强度及传播距离条件下,超谐波的幅度可大于二次谐波,同时-3dB波束宽度变窄,为基波和二次谐波的59%和77%。对生物组织进行了超谐波成像,并与基波、二次谐波图像对比。结果表明超谐波可提高超声非线性成像的灵敏度及分辨率。

打造智能化、信息化、人本化的多媒体教学环境——南京师范大学多媒体教室信息化管理的创新与实践

为了集中控制多媒体教室中的各类设备,实时监控和及时解决教师上课中遇到的问题,方便多媒体设备的维护与管理,作者自主设计研发了智能中央控制系统,自动远程监控系统以及实时管理与报修系统。这三个系统的应用充分发挥了多媒体教室的功能,及时保障了信息化教学的需要,有效提高了人员工作效率与管理水平,打造了智能化、信息化、人本化的多媒体教学环境。

基于声偶极辐射的磁感应磁声层析成像研究

基于声偶极辐射模型提出磁感应磁声层析成像理论来解决点声源理论所不能解释的边界信号和反相振动问题,理论分析了洛伦茨力引起的一维组织振动和自由空间的三维声偶极辐射,推导了磁声激发、磁声衍射传播和换能器磁声波形接收的解析公式。对二层柱状组织模型进行的数值模拟和实验测量结果证明声偶极传播的指向性会使磁声信号在不同传播方向上产生衰减,接收到的磁声波形在声压突变处产生反映电阻抗分布边界信息的脉冲串,重构的层析图像显示不同电阻抗组织的外形和尺寸。本研究为磁感应磁声层析成像技术在医学成像中组织电阻抗分布的重建提供了理论基础。

环形稀疏声源阵列声涡旋的优化与操控

提出和优化了环形稀疏声源阵列涡旋声场的形成方法,进行了涡旋声压,相位和振动速度的理论推导和特性分析。通过改变声源数、声源频率和观测距离等参数,对声涡旋场的模拟结果证明,声涡旋半径主要由信号波长决定,声源频率越高,声涡旋半径越小,能量越集中;涡旋声压随着声源数的增加而线性提高,随着传播距离的增加而减小;声涡旋环形相位分布的线性度随着声源数、声源波长和传播距离的增加而提高。建立了3/4/6/8声源实验系统,径向声压和相位分布以及环形相位分布的测量结果和模拟结果具有较好的一致性,同时悬吊泡沫盘的旋转证明了声涡旋角动量的传输。本研究中声涡旋场的特性分析和参数优化为粒子操控及其在生物医学中的应用提供了依据。

基于电阻抗层析成像的高强度聚焦超声温度监测技术

作为一种对正常组织无损伤且不易引起癌细胞转移的非入侵肿瘤治疗手段,高强度聚焦超声(HIFU)治疗过程中焦域的温度监测是实现剂量精准控制的关键.本文基于生物组织的温度-电阻抗的关系,将电阻抗层析成像(EIT)和HIFU治疗相结合,提出了一种利用组织焦平面的表面电压实现电阻抗重构的检测技术.建立了HIFU治疗和EIT综合系统模型,在考虑组织的声吸收条件下,对三维Helmholtz方程在柱坐标下的声场计算进行了二维简化,并引入Pennes生物热传导方程来计算HIFU焦域的声压和温升分布特性;引入生物组织的温度-电阻抗关系,基于麦克斯韦电磁场理论,建立了具有温度分布HIFU焦域的电流和电压计算模型,利用恒流注入的边界条件实现电场计算,获得焦平面的表面电压分布.在数值计算中,利用实验聚焦换能器参数,模拟了在固定声功率下组织焦域的声场和温度场分布,以及中心和偏心聚焦条件下不同治疗时刻的电导率分布;然后通过对称电极的循环电流注入,计算了组织模型焦平面内的电流密度和电势分布,获得了焦平面圆周分布的表面电极电压;进一步采用修正的牛顿-拉夫逊算法,利用32×32的表面电极电压实现了焦平面内电导率分布的重建.结果表明,基于温度-电阻抗关系的EIT电导率重建技术不但能准确定位HIFU焦域中心,还能恢复HIFU治疗中焦域的温度分布,证明了EIT用于HIFU治疗中温度监测的可行性,为其疗效评估和剂量控制提供了一种无创电阻抗测量和成像新方法.