磁聲成像通過(guò)將磁場(chǎng)能量和電場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為超聲能量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本內(nèi)部結(jié)構(gòu)的成像。其基本原理是將樣本組織置于穩(wěn)恒磁場(chǎng)中，并通入頻率在超聲頻段的激勵(lì)電流。在磁場(chǎng)的作用下，樣本組織中的電流會(huì)產(chǎn)生洛倫茲力，進(jìn)而引發(fā)振動(dòng)聲波。這些聲波傳播到樣本組織周?chē)某晸Q能器處，被接收并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集和處理后形成圖像。

圖：電壓放大器在磁聲成像研究五自由度掃描裝置中的應(yīng)用

電壓放大器在磁聲成像中的關(guān)鍵作用：

（一）信號(hào)放大與激勵(lì)

在磁聲成像系統(tǒng)中，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)通常較弱，不足以驅(qū)動(dòng)樣本組織產(chǎn)生足夠的磁聲信號(hào)。電壓放大器能夠?qū)⑦@些低電壓、小電流的信號(hào)放大到足以驅(qū)動(dòng)樣本的水平。例如，在一些實(shí)驗(yàn)中，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波電壓信號(hào)僅有數(shù)伏特，通過(guò)電壓放大器可以將其放大到數(shù)百伏特甚至更高的電壓，從而確保樣本組織能夠產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的振動(dòng)聲波。

（二）提高信噪比

磁聲成像過(guò)程中，檢測(cè)到的磁聲信號(hào)通常很微弱，容易受到背景噪聲的干擾。電壓放大器可以對(duì)檢測(cè)到的微弱信號(hào)進(jìn)行放大，同時(shí)通過(guò)濾波等技術(shù)降低噪聲，從而提高信噪比。這有助于更清晰地分辨出樣本內(nèi)部的結(jié)構(gòu)特征，提高成像質(zhì)量。

圖：電壓放大器在超聲探測(cè)磁聲成像中的應(yīng)用

（三）精確控制激勵(lì)信號(hào)

電壓放大器能夠精確調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的幅值、頻率和相位等參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本組織的精確激勵(lì)。通過(guò)精確控制激勵(lì)信號(hào)，可以?xún)?yōu)化磁聲成像的分辨率和對(duì)比度，使其能夠更準(zhǔn)確地反映樣本內(nèi)部的電導(dǎo)率等物理特性。

電壓放大器在磁聲成像中的應(yīng)用案例：

（一）五自由度掃描裝置實(shí)驗(yàn)

在一項(xiàng)關(guān)于磁聲成像五自由度掃描裝置的研究中，電壓放大器被用于驅(qū)動(dòng)聲換能器和樣本載物盤(pán)的運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)中，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)通過(guò)電壓放大器放大后加載到樣本上，同時(shí)聲換能器與樣本位置由步進(jìn)電機(jī)控制，可進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)及螺旋型等不同掃描方式。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電壓放大器的精確控制對(duì)于數(shù)據(jù)采集及電導(dǎo)率重建具有重要影響。

圖：ATA-2161高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

（二）短脈沖磁聲電成像檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在短脈沖磁聲電成像檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中，電壓放大器用于放大激勵(lì)信號(hào)并驅(qū)動(dòng)超聲水浸功率探頭。實(shí)驗(yàn)設(shè)置中，幅值為300mV的正弦波短脈沖信號(hào)經(jīng)電壓放大器放大后送給探頭，檢測(cè)電極接收后的電壓信號(hào)再經(jīng)兩級(jí)差分放大器放大和濾波處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了銅片位置產(chǎn)生的電壓信號(hào)為聲場(chǎng)、磁場(chǎng)和電場(chǎng)共同作用引起的磁聲電信號(hào)，展示了電壓放大器在磁聲成像中的重要作用。

圖：ATA-2000系列高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

電壓放大器在磁聲成像技術(shù)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它不僅能夠放大激勵(lì)信號(hào)和微弱的檢測(cè)信號(hào)，提高信噪比，還能精確控制激勵(lì)信號(hào)的參數(shù)，優(yōu)化成像質(zhì)量。隨著磁聲成像技術(shù)的不斷發(fā)展，電壓放大器的應(yīng)用將更加廣泛，為生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)、材料科學(xué)等領(lǐng)域提供更強(qiáng)大的技術(shù)支持。
審核編輯 黃宇