脉冲回波的原理
脉冲激光回波信号采集技术
１ ０
１ ０ ０ ｏ ｌ ０ ｏ ｏ ０
系统持续采集时间 Ｓ
１ ６ ３ ． ９
１ ． ６ ４ ０． １ ６ ４
预触发技术是利用 回波信号作为采集系统 的外触发信号启 动采 集 系统的工作 。首先设 置触 发条件和采集数据长度 ， 包括预触 发电平 、 触 发前／ 后沿 、 预触发采集 的数 据个数 以及触发后 采集的数据个数 。当 回 波信号 电平不满足 触发条件 时 ， 采集卡将 采集数据 以循 环存储 的方 式 暂存在存储器 中， 循环存储器 的长度等于设置 的预触发数据长度 ； 当满 足预置电平的回波信号到达触发电路时 ， 采集的数据从循环存储器开始依 次缓 存 ， 直 到采 集 的数 据 长度 等 于设 置 的数据 总 长度 （ 见 图１ （ ｂ ） ） 。 预触发采集 方式对 于较高信噪 比的脉 冲激光 回波 ， 可 以最大 限度地 减 少采集存储 的数据量 ， 且无需 目标距离 的先验知识 ， 因此 尤其适 合高速 运动和机动 目标 回波 的采集 。但 是 ， 由于预 触发是利用 回波信号作 为 触发源 ， 当 回波信 号信 噪 比较低 时 ， 会带来较 大的虚警率 ， 同时会 降低 探测概率。 将距离波 门技术 和预触 发技 术结合 ， 可 以降低虚惊率 ， 但 是不会 增 加探测概率 ， 通 常当 回波信噪 比小 于 ６ ｄ Ｂ 时， 基于距离波 门的回波信号 采集是保证探测概率 、 降低虚警率的唯一方式 。
Ｃ ｏ ｍ ｐ ｕ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ Ｂ Ａ Ｓ Ｅ 一 ８ 是一 款具 有多 种触 发 方式 的高 速数 据 采集 卡， 具有 ５ ０ ０ Ｍ Ｓ ／ ｓ 的最 大采样率 ， Ａ Ｄ Ｃ 分 辨率 ８ ｂ ｉ ｔ ， 板上 内存 ８ Ｍ Ｂ ， 采用 Ｐ Ｃ Ｉ 总线接 口， 提供 Ｃ ／ Ｃ ＃ 、 ＭＡＴ Ｌ ＡＢ和 Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ ＥＷ软件开发工具箱 。系统 以最大采样率 ５ ０ ０ Ｍ Ｓ ／ ｓ 采集数 据时 ， ８ Ｍ Ｂ 板上存储器可连续采集 １ ６ ｍ ｓ ， 实际应 用中需要采集系统持续采集 的时 间通常远 大于 １ ６ ｍ ｓ 。表 １ 给出 了不同激光器重频条件下采用距离波 门技术和预触发技术 的系统持续 采集时间。可见 ， 采用距离波 门或预触发模式时 ， 系统连续采集 时间主 要 取决于激光 器的重频 和板上存储器大 小 ， 当采集 卡的板上存储器存 满后 ， 需要 通过软件将采集数据 经Ｐ Ｃ Ｉ 总线送至计算机 内存 。 为了实现对 回波信 号的持续采集 和存储 ， 在 软件开发 中， 将８ Ｍ Ｂ 存 储 空间分成等容量的两个独立空间 ， 当其 中一个空 间存满数据后 ， 启动 数据传输程 序将采 集数据通 过 Ｐ Ｃ Ｉ 总线送 计算机 内存 ， 由于采集卡在 工作模 式设置后处于 自 主运行状态 ， 因此在数据传输 的同时 ， 数据采集
脉冲回波技术原理
诊断超声成像§6.1 概述现代医学影像设备可分为两大类，即医学影像诊断设备和医学影像治疗设备。
医学影像诊断设备主要有几种类型：①X线成像；②磁共振成像（MRI）（电磁波）；③超声成像（超声波）；④核医学成像（γ射线）；⑤热成像；⑥光学成像（医用内窥镜成像）。
超声成像设备分为利用超声回波的超声诊断仪和利用超声透射的超声计算机体层两大类。
目前医学领域使用的诊断超声回波设备主要包括A（幅度显示）型、B（亮度显示）型、M（运动显示）型和多普勒超声诊断仪。
A、B型仪器主要给出探查区域内有关解剖结构和组织特性的信息；而M超反映体内运动界面的动态变化；多普勒超声仪器反映血液流动的动态变化，可实现各种血流参量的测量，是近年来广泛应用的又一种超声技术。
A超是最早的超声诊断仪器。
而B型仪器是目前最普遍使用的诊断设备，它常与A、M型和多普勒系统复合，并带有心音、心电等生理信息测量和显示功能。
因而，B型仪器也是目前最昂贵的超声诊断仪器之一。
A型显示的是反射界面深度与反射回波振幅，故A型又称幅度调制型。
B型显示是用亮度调制来显示回波脉冲幅度，反射强，光点亮，反射弱，光点暗。
M型是一种运动显示方式。
M型同样以亮度的强弱来表示回声信号强弱，但将声束路径上不同深度的回波幅度亮度调制图形沿横轴慢慢展开。
这样，对于一稳定的界面，回声显示为一直线；但对于一运动界面，回声显示为曲线，曲线表示了界面运动轨迹。
M型常用于心脏运动的探查，故又称脉冲回波超声心动图仪。
§6.2 超声脉冲回声技术超声脉冲回声技术是目前医学超声诊断仪中广泛应用的技术，已形成了A超、M超、B超三大类诊断仪。
它利用脉冲发射原理，检测生物组织器官声学界面的反射特性。
20世纪30年代中期这一原理的应用已取代了透射法超声诊断。
20世纪50年代中期利用此原理的A型超声诊断仪获得了推广应用，同时发展了M型超声心动仪的诊断原理。
20世纪60年代中期以此原理发展了B型超声成像技术，新兴的B 型超声显像诊断仪带动了超声诊断技术的蓬勃发展。
第七章超声波成像
第一章 概 述 声波的基本性质
10-4
100
104
1081012 Biblioteka Hz)•••
•
•
次声波 可闻声波 超声波 特超声波
地震 海啸 核爆炸
语言 音乐 自然界
老鼠 分子热振动 蝙蝠 海豚
第一章 概 述
• 医学超声学是一门将声学中的超声（ ultrasound）学与医学应用结合起来形成 的边缘科学，也是生物医学工程学中重要 的组成部分。医学超声影像仪器涉及到微 电子技术、计算机技术、信息处理技术、 声学技术及材料科学，是多学科边缘交叉 的结晶，是理工医相互合作与相互渗透的 结果。迄今超声成像与X-CT、ECT及MRI已 被公认为当代四大医学成像技术。
。
第二章 超声波的物理性质
二、超声波的物理量
• （四）声强
• 声强是表示声的客观强弱的物理量,它用每 秒钟通过垂直于声波传播方向的1平方厘米 面积的能量来度量。
• 单位是焦耳／(秒·平方厘米)［J/(s·cm2)］。
• 声强与声源的振幅有关,振幅越大,声强也 越大;振幅越小,声强也越小。声强随着距 离的增大而逐渐减弱。
X线属于电磁波。 纵波：质点的振动方向与波传播方向一致的波。 横波：质点的振动方向与波传播方向垂直的波。 在超声诊断中，声波在人体所有软组织中均以纵 波的形式传播，故诊断用超声都为纵波。
第二章 超声波的物理性质 （四）波长
对于纵波,等于两相邻密集点(或稀疏点)间的距离,如图(a) 所示; 对于横波,则是从一个波峰(或波谷)到相邻波峰(波谷)的距 离,如图(b)所示。
超声在传播时，遇到与超声波波长近似或小于波 长（小界面）的介质时，产生散射与绕射。 绕射是超声绕过障碍物的边缘，继续向前传播。
核磁共振成像——回波脉冲序列
CPMG脉冲回波序列
CPMG硬脉冲回波 T2横向弛豫时间，比 D1大较多
T2 = 46.104 ±1.729(ms)
总结：
回波脉冲序列→消除不均匀外磁场干扰
多次180度脉冲→T2衰减信号→样品组织特性
成像
Q&A
10300720219 光信息科学与技术 陈玛欣
参数 值
RFAmp1(%) 18.1
RFAmp2(%) 27.8
SP1(us) 1200
SP2(us) 1200
D3(us) 100
D0(ms) 1000
TD 2048
参数
值
SW(kHz)
100.0
DFW(kHz)
30.0
SF1(MHz)
23
O1(kHz)
184.000
RG
2
NS
8
DS
10
GAIN
0.48
核磁共振成像
——回波脉冲序列
10300720219 光信息科学与技术 陈玛欣
回波脉冲序列
回波脉冲序列——相位重聚
CPMG回波脉冲——T2
自旋回波脉冲序列——点之间的差异
成像
原理
宏观磁化矢量弛豫 横向磁化弛豫 软脉冲回波序列
拉 莫 尔 频 率 ω
实验参数：
样品：0.84g大豆油ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ参数设置：
假设与数据：
1、D1=峰值横坐标 D1减小，图像左移？
D1=1000us
D1=12500us
假设与数据：
2、RFAmp1偏大？或偏小？
RFAmp1=12%
2超声医学成像技术的发展历史
2超声医学成像技术的发展历史超声显像是50年代后期发展起来的一种新型非创伤性诊断的临床医学新技术。
它是研究和运用超声波的物理特性、成像原理以及人体组织器官的解剖、生理、病理特征和临床医学基础知识，以观察人体组织、器官形态和功能变化的声像表现，然后分析归纳，探讨疾病的发生发展规律，从而达到诊断与治疗疾病的目的。
早在1942年奥地利K. T Dussik使用A型超声装置来穿透性探测颅脑，并于1949年成功地获得了头部(包括脑室)的超声图象11110 1951年Wild和Reid首先应用A型超声对人体检测并报道了了乳腺癌的回声图象[l2】。
1954年Donald应用超声波作妇产科检查，随后开始用于腹部器官的超声检查。
1965年Lallagen首先应用Doppler法检测胎心及某些血管疾病。
1973年荷兰Bon首先报道实时超声显像仪，它是最早真正用于检查诊断心脏病的切面实时超声显像仪[}31a 70年代脉冲多普勒与二维超声结合成双功能超声显像，能选择性获得取样部位的血流频谱。
快速傅立叶变换技术的应用，使得超声成像可以取得某些以前只有用侵入性方法才能获得的血流动力学数据。
80年代以来，超声诊断技术不断发展，应用数字扫描转换成像技术，图象的清晰度和分辨率进一步提高。
脉冲与连续频谱多普勒联合应用，近一步提高了诊断的准确性。
80年代彩色多普勒新技术的兴起，能实时地获取异常血流的直观图象，不仅在诊断心脏瓣膜疾病与先天性心脏疾病方面显示了独特的优越性，而且可以用于检测大血管、周围血管与脏器血管的病理改变，在临床上具有重要的意义。
1992年McDicken 等人率先提出多普勒组织成像技术，随后此技术被广泛应用于临床分析心肌活动的功能，为临床心脏疾病的诊断与治疗提供了一种安全简便、无创的检测手段[(81。
自60年代开始萌芽的三维超声技术在90年代开始成熟，出现了一些商业系统，并逐步用于临床，在很多应用领域表现出了优于传统二维超声的特性。
机器人学导论复习试题和参考答案解析
西安高学考试复习题及参考答案机器人学导论一、名词解释题：1.自由度：2.机器人工作载荷：3.柔性手：4.制动器失效抱闸：5.机器人运动学：6.机器人动力学：7.虚功原理：8.PWM驱动：9.电机无自转：10.直流伺服电机的调节特性：11.直流伺服电机的调速精度：12.PID控制：13.压电元件：14.图像锐化：15.隶属函数：16.BP网络：17.脱机编程：18.AUV：二、简答题：1.机器人学主要包含哪些研究内容？2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义？4.机器人控制系统的基本单元有哪些？5.直流电机的额定值有哪些？6.常见的机器人外部传感器有哪些？7.简述脉冲回波式超声波传感器的工作原理。
8.机器人视觉的硬件系统由哪些部分组成？9.为什么要做图像的预处理？机器视觉常用的预处理步骤有哪些？10.请简述模糊控制器的组成及各组成部分的用途。
11.从描述操作命令的角度看，机器人编程语言可分为哪几类？12.仿人机器人的关键技术有哪些？三、论述题：1.试论述机器人技术的发展趋势。
2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。
3.试论述轮式行走机构和足式行走机构的特点和各自适用的场合。
4.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。
5.机器人单关节伺服控制中，位置反馈增益和速度反馈增益是如何确定的？6.试论述工业机器人的应用准则。
四、计算题：（需写出计算步骤，无计算步骤不能得分）：1.已知点u的坐标为[7,3,2]T，对点u依次进行如下的变换：（1）绕z轴旋转90°得到点v；（2）绕y轴旋转90°得到点w；（3）沿x轴平移4个单位，再沿y轴平移-3个单位，最后沿z轴平移7个单位得到点t。
求u, v, w, t各点的齐次坐标。
2.如图所示为具有三个旋转关节的3R 机械手，求末端机械手在基坐标系{x 0,y 0}下的运动学方程。
3.如图所示为平面内的两旋转关节机械手，已知机器人末端的坐标值{x ,y }，试求其关节旋转变量θ1和θ2.P4.如图所示两自由度机械手在如图位置时（θ1= 0 , θ2=π/2），生成手爪力 F A = [ f x 0 ]T 或F B = [ 0 f y ]T 。
医学超声原理 第十讲 脉冲回波式超声诊断仪
▪ 发射电路一方面将幅度调制波送入高频放大器进行线性放大，并 经检波器、视频放大器加到示波管的垂直偏转板上，在荧光屏上 显现发射脉冲 (荧光屏上的第一个波 );
▪ 另一方面发射电路将幅度调制波送给探头，在此高频衰减振荡电 压激励下，探头产生一次超声振荡。超声波进入人体后的反射波， 由探头接收并转换成电压，并将此高频电压也送至高频放大器， 经检波和视频放大后在荧光屏上显现出一系列的回波，
始波位置。单踪显示时，调整始波位置与距离，使对齐标志， 便于读数。
❖ 其波形如图b.(c)所示。
脉冲回波式成像系统---A超(Amplidute Modulation)
❖高频间歇振荡器 (发射电路)
▪ 在延时电路发出的触发脉冲作用下，发射电路产生一高频衰减振 荡。高频振荡的频率一般在1-5MHz之 间。
压，使示波屏垂直方向以波的形式显示出代表反射信 号强弱的回声图。 ▪ 根据回声图的形态、数值大小及分布情况来判断人体 脏器位置和病变的性质。 ▪ 它适应于医学各科的检查，广泛用于肝、胆、肾、眼、 子宫、颅脑等疾病的诊断和肿瘤性质的鉴别。
脉冲回波式成像系统---A超(Amplidute Modulation)
❖衰减现象
❖ 超声在人体组织中传播时，声强会随传播距离的增加而减小
❖衰减因素
❖ 第一类是由于声束本身的扩散以及由于反射、散射等原因造成的声强度减弱 ❖ 第二类衰减是由于介质的吸收引起的。它使声能转化成其他形式的能量（例
如热能）
❖解决衰减的办法
❖ 超声诊断仪器中一般都要设计一个深度补偿电路，或叫做时间增益控制电路
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LOGO
脉冲多普勒、连续多普勒工作原理、特点、应用
脉冲多普勒、连续多普勒工作原理、特
点、应用
脉冲多普勒和连续多普勒的工作原理、特点和应用如下：
1. 脉冲多普勒雷达：
工作原理：发射脉冲信号，对目标进行照射并接收回波信号，通过测量回波信号与发射信号的时间差，计算出目标的距离和速度信息。
特点：测速精度高，抗干扰能力强，能同时跟踪多个目标。
应用：主要用于气象预报、军事侦察、交通管制等领域。
2. 连续多普勒雷达：
工作原理：通过发射和接收连续波信号，对目标进行照射并接收回波信号，通过对回波信号进行处理，测量出目标的距离和速度信息。
特点：结构简单，价格低廉，可用来观测心壁、瓣膜、胎体的运动状态。
但存在测量局限性，如不能判断物体的运动方向，不能探测血流状态。
应用：主要用于胎儿的检测，目前除用以胎儿的检测外，已很少在临床上使用。
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脉冲回波的原理
脉冲回波是一种用来测量距离、判断目标性质和形态的技术。
其原理是通过发射脉冲电磁波，并将其反射的回波信号进行处理，从而获得目标物体的信息。
脉冲回波技术通常用于雷达系统，可以被应用于天文学、气象学、航空航天、海洋等领域。
脉冲回波的工作原理可以分为四个步骤：发射、传播、接收和处理。
首先是发射阶段。
在这个阶段，雷达系统会产生一个电磁脉冲信号，并把它发送到某个特定的方向。
这个脉冲信号由一个射频发射机产生，通过一个发射天线辐射出去。
然后是传播阶段。
在传播阶段，脉冲信号会在空气中以光速传播，一直到达与其相交的各种目标物体。
目标物体包括天体、云、航空器、舰船、陆地、海洋等等。
当脉冲信号遇到目标物体时，部分信号会被目标吸收，部分信号会被反射回来。
接着是接收阶段。
接收天线会接收到被目标反射回来的信号，然后将其传输给接收机。
接收机会对接收到的信号进行放大、滤波和下变频等处理，以便后续的分析和计算。
最后是处理阶段。
在处理阶段，接收机会将接收到的信号进行处理，例如将其转换成数字信号，然后使用信号处理算法进行分析和计算。
根据信号的时延、频率、幅度等特征，可以计算出目标物体的位置、距离和速度等信息。
最终，处理结果
会被显示在显示屏上，供操作员参考和判断。
脉冲回波的原理基于电磁波的传播和反射特性。
当脉冲信号与目标物体相交时，一部分信号被吸收，一部分信号被反射回来。
反射信号的强度和相位会受到目标物体的性质、形态以及传输介质的影响。
通过对反射信号的接收和处理，我们可以获取目标物体的各种信息。
脉冲回波技术具有很多优点。
首先，它可以在长距离、大范围内进行测量。
其次，它可以对不同速度和形态的目标进行测量和识别。
此外，脉冲回波可以应用于不同频段的信号，从低频到高频都可以实现。
最重要的是，脉冲回波技术不仅可以应用于空中、地面和水下环境，而且对于不同的目标物体也具有广泛的适应性。
总结起来，脉冲回波技术通过发射脉冲电磁波，并接收其反射回来的信号，利用信号的时延、频率和幅度等特征，可以获取目标物体的位置、距离、速度等信息。
脉冲回波技术在雷达系统中被广泛应用，在很多领域都有着重要的作用。