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专利名称：用于超声聚焦刀探头声场测量的数据采集装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于医疗超声治疗仪器检测领域，特别涉及到超声聚焦刀探头 的超声声场测量技术。
技术背景对超声聚焦刀探头焦域的正确扫描是保证超声聚焦刀治疗的有效性和安全 性的一个至关重要的因素。对现有技术的文献检索发现，中国专利公开号CN1453562A，
公开日为2003 年ll月5日，专利名称为医用超声设备声输出测量系统，该专利自述为"一 种医用超声设备声输出测量系统，主要包括三维声场扫描步进电机驱动和控制系统，存储示波器-计算机系统、测量水听和参考水听器、附属设备、机械构 架、具有11个自由度的被测探头和测量水听器双向坐标精密定向和定位系统， 测量水听器与参考水听器固定在具有11个自由度的被测探头和测量水听器双向 坐标精密定向和定位系统上，测量水听器和参考水听器电缆与存储示波器-计算机系统信号输入端连接，三维声场扫描步进电机驱动和控制系统通过RS232接 口经电缆与存储示波器-计算机系统信号输出端连接，三维声场扫描步进电机驱 动和控制系统经驱动电缆和信号电缆与具有11个自由度的被测探头和测量水听 器双向坐标精密定向和定位系统连接，附属设备与存储示波器-计算机系统相 连。"其不足之处是利用三维扫描机构对探头区域进行X、 Y、 Z三个方向的逐 点扫描，扫描得到的压电信号经电缆输入示波器，但是一方面因为示波器的处理速度较慢，如果输入缓冲区被写满了，则不能再向输入缓冲区中写入，否则 会导致超时错误，另一方如果控者命令示波器将大批数据传送给控者进行处理， 示波器需要较长的时间才能够将数据准备好，由于示波器在一个时间内只能处 理一条命令，在将信号传输到控者的过程中，则不能接受从水听器传来的信号。 综合示波器的以上特点和测量声场时由水听器采集到的信号量非常大这一特 点，采用此种方法在测量声场时不能在匀速运动过程中实现均匀采样，且由于 测量时间长，测量工作量大，所以不能保证测量过程中采集的信号的稳定性， 且信号的实时性较差。实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是如何在对超声聚焦刀探头的超声声场 测量中实现在匀速运动过程中实现均匀采样且能实时性的传递数据。本实用新型一方面利用单片机控制芯片来控制信号采集器，使得在扫描过 程中，信号采集器中的运动装置带动水听器作匀速运动。另一方面利用单片机 控制芯片对水听器采集到的压电信号实现等间隔等时间的均匀采样，并实时的 将转换后的信号传输到PC机中进行存储和处理，这样就解决了在匀速运动过程 中实现均匀采样这个问题，保证了采集到的信号的稳定性。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是用于超声聚焦刀探头声场测量的数据采集装置包括信号采集器、控制电 路、PC机三个部分，控制电路包括单片机控制芯片(U101)、接口 (J101)、接口(J102)、接口(J103)、放大器(U102B)、放大器(U102A)、检波器(D101)、 检波器(D102)，各器件之间的连接关系是单片机控制芯片(U皿)的端口 (PD4)、 (PD5)、 (PD6)、 (PD7)分别与芯 片(画)的端口 (1A)、 (2A)、 (4A)、 (3A)相连，芯片(U103)的端口 (1Y)、(1Z)、 (2Y)、 (2Z)、 (3Y)、 (3Z)、 (4Y)、 (4Z)与接口 ( J102)相连，接口 ( J102) 要通过信号电缆和驱动电缆与信号采集器的步进电机连接；由水听器对超声声场采集到的压电模拟信号经水听器电缆从接口 (J101) 输入，电阻(R106)的一端与电阻(R108)的一端连接后与接口 (J101)相连， 电阻(R108)的另一端接地，电阻(R106)的另一端与放大器(U102B)的正向 输入端相连，电阻(R107)的一端与放大器(U102B)的正向输入端相连，另一 端接地，放大器(U102B)的输出端连接检波器(D101)的正极，检波器(D101) 的负极接单片机控制芯片(U101)的端口 (PA0)，电容(C103)的一端接检波 器(D102)的负极，另一端接地，电容(C104)的一端接检波器(D101)的负 极，另一端接地，放大器(U102B)的反向输入端与电阻(R113)的一端连接后 再与放大器(U102B)的输出端相连，电阻(R113)的另一端与放大器(U102A) 的正向输入端连接，放大器(U102A)的输出端连接检波器(D102)的正极，检 波器(D102)的负极接单片机控制芯片(U101)的端口 (PA1)，电阻(R102) 一端接(VCC)，另一端接放大器(U102A)的正的电源端，电容(C105) —端接 放大器(U102A)的正的电源端，另一端接地，电阻(R103)—端接放大器(U102A) 的输出端，另一端接放大器(U102A)的反向输入端，电阻(R104) —端接地， 另一端接放大器(U102A)的反向输入端，电阻(R105)的一端与电容(C106) 的一端相连后接放大器(U102A)的负的电源端，电阻(R105)的另一端接(VEE)， 电容(C106)的另一端接地；单片机控制芯片(U101)的端口 (PD2)、 (PD1)、 (PD3)、 (PD0)分别与芯 片(U104)的端口 (Tli丄(T2in)、 (Rl。ut)、 (R2。ut)相连，芯片(U104)的端口 (TLt)、 (T2。ut)、 (Rli丄(R2in)与接口 (J103)相连，接口 (J103)要通过电 缆与PC机连接。本实用新型的有益效果是能够在采样后实时的将采集到的信号传输到PC 机内，这样就解决了传统方法通过示波器处理传输信号的实时性以及信号稳定 性的问题。而且，采用此结构不需要示波器，且对PC机的要求不高，这样就大 大的降低了成本。


以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。图1是用于超声聚焦刀探头声场测量的数据采集装置的信号流程图。图2是用于超声聚焦刀探头声场测量的数据采集装置的结构示意图。 图3是用于超声聚焦刀探头声场测量的数据采集装置的控制电路的电路原 理图。
具体实施方式
本实用新型设计的一种用于超声聚焦刀探头声场测量的数据采集装置，由 信号采集器、控制电路、PC机三个部分构成。如图1所示，PC机向控制电路发出开始控制命令。控制电路向信号采集器 发出步进电机的驱动信号，控制信号采集器运动。信号采集器将由水听器采集 到的模拟信号传送到控制电路进行处理。控制电路将接收到的模拟信号进行处 理后传送到PC机。在图2中，步进电机A和步进电机B通过控制电路2上的接口 J102与单片 机控制芯片U101相连，单片机控制芯片U101将脉冲信号通过接口 J102输入到 步进电机A和B，单片机控制芯片U101通过控制脉冲信号的频率和数量来控制 步进电机的运动。步进电机A和步进电机B分别控制X轴和Y轴的运动，水听 器固定在X轴上，从而达到控制水听器在需要采样的区域上做匀速运动的目的。 从水听器获得的超声声场的压电信号通过接口 J101送到放大器U103B，经放后分为两路信号， 一路经检波器D106送至单片机控制芯片U101，另一路经放大 器U103A后再经检波器D107送至单片机控制芯片UlOl。单片机控制芯片U101 通过控制A/D转换的时间，实现在匀速运动过程中对需采样的区域进行均匀采 样。采样结束后立即把采样得到的数据通过接口 J103送至PC机中，从而实现 了对超声声场的均匀采样，并实时地将采样得到的数据送至PC中存储显示，形 象地描绘出超声声场的焦域。图3是用于超声聚焦刀探头声场测量的数据采集装置的控制电路的电路原 理图。单片机控制芯片(U101)的端口 (PD4)、 (PD5)、 (PD6)、 (PD7)分别与芯 片(U103)的端口 (1A)、 (2A)、 (4A)、 (3A)相连，芯片(U103)的端口 (1Y)、 (1Z)、 (2Y)、 (2Z)、 (3Y)、 (3Z)、 (4Y)、 (4Z)与接口 ( J102)相连，接口 ( J102) 通过信号电缆和驱动电缆与信号采集器的步进电机连接；单片机控制芯片U101 通过精确控制脉冲信号的频率和输出数量，从而精确的控制步进电机的运动， 使其带动水听器在需要采样的区域上面作匀速运动。由水听器对超声声场采集到的压电模拟信号经水听器电缆从接口 (J101) 输入，电阻(R106)的一端与电阻(R108)的一端连接后与接口 (J101)相连， 电阻(R108)的另一端接地，电阻(R106)的另一端与放大器(U102B)的正向 输入端相连，电阻(R107)的一端与放大器(U102B)的正向输入端相连，另一 端接地，放大器(U102B)的输出端连接检波器(D101)的正极，检波器(D101) 的负极接单片机控制芯片(U101)的端口 (PAO)，电容(C103)的一端接检波 器(D102)的负极，另一端接地，电容(C104)的一端接检波器(D101)的负 极，另一端接地，放大器(U102B)的反向输入端与电阻(R113)的一端连接后 再与放大器(U102B)的输出端相连，电阻(R113)的另一端与放大器(U102A)的正向输入端连接，放大器(U102A)的输出端连接检波器(D102)的正极，检 波器(D102)的负极接单片机控制芯片(U101)的端口 (PA1)，电阻(R102) 一端接(VCC)，另一端接放大器(U102A)的正的电源端，电容(C105) —端接 放大器(U102A)的正的电源端，另一端接地，电阻(R103)—端接放大器(U102A) 的输出端，另一端接放大器(U102A)的反向输入端，电阻(R104) —端接地， 另一端接放大器(U102A)的反向输入端，电阻(R105)的一端与电容(C106) 的一端相连后接放大器(U102A)的负的电源端，电阻(R105)的另一端接(VEE)， 电容(C106)的另一端接地；通过单片机控制芯片U101控制A/D转换的时间来 实现对水听器采集到的信号的均匀采样。单片机控制芯片(U101)的端口 (PD2)、 (PD1)、 (PD3)、 (PD0)分别与芯 片(U104)的端口 (Tli丄(T2in)、 (Rlout)、 (R2。ut)相连，芯片(U104)的端口 (Tl。ut)、 (T2。ut)、 (Rlin)、 (R2m)与接口 (J103)相连，接口 (J103)要经过电 缆与PC机连接。单片机控制芯片U101将PAO 口输入的信号经过A/D转换后由PD2 口输出， 经过U104的Tlin口进入，再由U104的Tl。ut 口输出到接口 J103，最后接至PC 机；单片机控制芯片U101将PA1 口输入的信号经过A/D转换后由PD1 口输出， 经过U104的T2in 口进入，再由U104的T2。ut 口输出到接口 J103，最后接至PC机。 PC机的控制信号经接口 J103的Rlin 口和R2in 口输入，相应地由Rl。ut和R2。ut输出 至UIOI的PD3和PD4 口。在此次设计中单片机控制芯片U101采用ATMEGA16芯片，芯片U102采用 L腿6643MA芯片，芯片U103采用AM26LS31C芯片，芯片U104采用MAX232芯片， 也可以根据不同需求采用别的可实现相同功能的芯片。
权利要求1.用于超声聚焦刀探头声场测量的数据采集装置，该采集装置包括信号采集器、控制电路、PC机三个部分，其特征是，控制电路包括单片机控制芯片(U101)、接口(J101)、接口(J102)、接口(J103)、放大器(U102B)、放大器(U102A)、检波器(D101)、检波器(D102)，各器件之间的连接关系是单片机控制芯片(U101)的端口(PD4)、(PD5)、(PD6)、(PD7)分别与芯片(U103)的端口(1A)、(2A)、(4A)、(3A)相连，芯片(U103)的端口(1Y)、(1Z)、(2Y)、(2Z)、(3Y)、(3Z)、(4Y)、(4Z)与接口(J102)相连，接口(J102)要通过信号电缆和驱动电缆与信号采集器的步进电机连接；由水听器对超声声场采集到的压电模拟信号经水听器电缆从接口(J101)输入，电阻(R106)的一端与电阻(R108)的一端连接后与接口(J101)相连，电阻(R108)的另一端接地，电阻(R106)的另一端与放大器(U102B)的正向输入端相连，电阻(R107)的一端与放大器(U102B)的正向输入端相连，另一端接地，放大器(U102B)的输出端连接检波器(D101)的正极，检波器(D101)的负极接单片机控制芯片(U101)的端口(PAO)，电容(C103)的一端接检波器(D102)的负极，另一端接地，电容(C104)的一端接检波器(D101)的负极，另一端接地，放大器(U102B)的反向输入端与电阻(R113)的一端连接后再与放大器(U102B)的输出端相连，电阻(R113)的另一端与放大器(U102A)的正向输入端连接，放大器(U102A)的输出端连接检波器(D102)的正极，检波器(D102)的负极接单片机控制芯片(U101)的端口(PA1)，电阻(R102)一端接(VCC)，另一端接放大器(U102A)的正的电源端，电容(C105)一端接放大器(U102A)的正的电源端，另一端接地，电阻(R103)一端接放大器(U102A)的输出端，另一端接放大器(U102A)的反向输入端，电阻(R104)一端接地，另一端接放大器(U102A)的反向输入端，电阻(R105)的一端与电容(C106)的一端相连后接放大器(U102A)的负的电源端，电阻(R105)的另一端接(VEE)，电容(C106)的另一端接地；单片机控制芯片(U101)的端口(PD2)、(PD1)、(PD3)、(PDO)分别与芯片(U104)的端口(T1in)、(T2in)、(R1out)、(R2out)相连，芯片(U104)的端口(T1out)、(T2out)、(R1in)、(R2in)与接口(J103)相连，接口(J103)要通过电缆与PC机连接。
专利摘要本实用新型公开了一种用于超声聚焦刀探头声场测量的数据采集装置，属于医疗超声治疗仪器检测领域，控制电路(2)一方面通过控制信号采集器(1)的运动来控制水听器在需要采样的区域上作匀速运动，另一方面从水听器获得的超声声场的压电信号通过接口(J101)传送到控制电路中，经过多路放大器、检波器后输送到单片机控制芯片(U101)，使其通过控制A/D转换的时间，实现在匀速运动过程中对需采样的区域进行均匀采样，采样结束后把得到的数据通过接口(J103)送至PC(3)机中，从而实现对超声声场的均匀采样，并实时地将采样得到的数据送至PC机中，把采样得到信号以图像的形式展现出来，形象地描绘出超声声场的焦域。
文档编号G01H17/00GK201173815SQ20082007972
公开日2008年12月31日 申请日期2008年4月2日 优先权日2008年4月2日
发明者焜 周, 彭大静, 王叔洋, 胡秉谊 申请人:北京交通大学