基于無線傳感網(wǎng)的輸變電機(jī)械設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)概論

基于無線傳感網(wǎng)的輸變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)4智能電網(wǎng)12智能電網(wǎng)中的無線傳感網(wǎng)3基于WSN的輸變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)挑戰(zhàn)與前景智能電網(wǎng)全球氣候變化，導(dǎo)致自然災(zāi)害頻發(fā)…“高碳”經(jīng)濟(jì)，引發(fā)溫室效應(yīng)、冰川融化等…污染嚴(yán)重、沙漠化,人類面臨生態(tài)環(huán)境災(zāi)難…環(huán)境：應(yīng)對未來挑戰(zhàn)的共同選擇對電力的依賴增強(qiáng)，供電可靠性及電能質(zhì)量的要求日益提高金融危機(jī)，導(dǎo)致需求不振，各國拉動(dòng)需求…信息、通信、自動(dòng)化和量測技術(shù)高速發(fā)展，各種技術(shù)高度融合成為趨勢…傳統(tǒng)能源日益短缺，新能源、可再生能源發(fā)展…經(jīng)濟(jì)：能源：技術(shù)：應(yīng)對未來挑戰(zhàn)的共同選擇電網(wǎng)：遠(yuǎn)距離大容量輸電、優(yōu)化經(jīng)濟(jì)運(yùn)行…降低大面積停電風(fēng)險(xiǎn)、避免系統(tǒng)崩潰、供電可靠性更高…大規(guī)模清潔、可再生能源接入、調(diào)度、控制…分布式電源有效接入、儲(chǔ)能技術(shù)快速發(fā)展…用戶更加靈活、便利、節(jié)能、環(huán)保的服務(wù)需求…應(yīng)對未來挑戰(zhàn)的共同選擇特征:以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，以信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。目標(biāo):在供電安全、可靠和優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)清潔、高效、互動(dòng)的目標(biāo)。內(nèi)涵:智能電網(wǎng)首先應(yīng)該是堅(jiān)強(qiáng)的電網(wǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)能源資源的大范圍優(yōu)化配置，保障安全可靠的電力供應(yīng)。智能電網(wǎng)應(yīng)涵蓋發(fā)電、調(diào)度、輸變電、配電和用戶各個(gè)環(huán)節(jié)，是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)（中國）智能電網(wǎng)各部分的關(guān)系圖發(fā)電環(huán)節(jié)調(diào)度環(huán)節(jié)用電環(huán)節(jié)配電環(huán)節(jié)輸電環(huán)節(jié)變電環(huán)節(jié)信息通信智能電網(wǎng)“六個(gè)環(huán)節(jié)”和“一個(gè)平臺(tái)”智能電網(wǎng)各部分的關(guān)系圖·

為使智能電網(wǎng)具有–依據(jù)早期征兆進(jìn)行預(yù)測的能力–對擾動(dòng)做出實(shí)時(shí)響應(yīng)的能力–用戶主動(dòng)參與的能力必須把大量的傳感器連接到一個(gè)安全的通信網(wǎng)絡(luò)上，并實(shí)現(xiàn)雙向的數(shù)據(jù)通信智能電網(wǎng)核心問題智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施堅(jiān)強(qiáng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)電網(wǎng)所及之處具有為其服務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)集成的能量與通信系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)(IECSA)傳感與量測高級(jí)控制方法改進(jìn)的界面與決策支持先進(jìn)的電網(wǎng)元件ICICICIC=集成通信智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)智能電網(wǎng)中的無線傳感網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)作為智能電網(wǎng)末梢信息感知不可或缺的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，在電力系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用空間。傳感器網(wǎng)絡(luò)將在電網(wǎng)建設(shè)、電網(wǎng)安全生產(chǎn)管理、運(yùn)行維護(hù)、信息采集、安全監(jiān)控、計(jì)量幾應(yīng)用用戶交互等方面發(fā)揮巨大作用。傳感器網(wǎng)絡(luò)可以全方位提高智能電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)的信息感知深度和廣度，為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能化以及信息流、業(yè)務(wù)量、電力流提供高可用支持。Using

the

cloud

for

smart-grid

applications通信技術(shù)BlueTooth(802.15.1)WiFi(802.11b)IrDAZigBee（802.15.4）系統(tǒng)成本較高高低低電池壽命較短短長最長網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)7302255/65000+物理范圍(有效)10m100m定向1m1-100+傳輸率1Mbps11Mbps16Mbps20/250kbps傳輸介質(zhì)2.4GHz2.4GHz射頻980nm紅外2.4GHz射頻無線傳感網(wǎng)中常見無線通訊技術(shù)參數(shù)對比智能電網(wǎng)的建設(shè)需要在電網(wǎng)監(jiān)控、智能輸電、智能變電站、智能配電、智能用電等自動(dòng)化系統(tǒng)接入大量的新的智能電子設(shè)備和終端設(shè)備，這

需要與遠(yuǎn)程通訊技術(shù)的配合。幾種無線通訊技術(shù)的速度和距離比較結(jié)論：在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，短距離、低成本、低功耗的ZigBee技術(shù)是無線通信應(yīng)用的首選技術(shù)之一。基于WSN的輸變電設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)基本特征自組網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸能力強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)容量大可靠性高有高度的靈活性低成本ZigBee技術(shù)推動(dòng)智能電網(wǎng)應(yīng)用成長ZigBee應(yīng)用于電力系統(tǒng)輸電線路在線監(jiān)測輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)：絕緣子在線監(jiān)測導(dǎo)/地線在線監(jiān)測輸電線路通道環(huán)境監(jiān)測桿塔在線監(jiān)測ZigBee應(yīng)用于輸電線路在線監(jiān)測的優(yōu)勢：可以避免長距離傳輸?shù)男盘?hào)衰減可以解決高壓設(shè)備的電氣絕緣問題，提高系統(tǒng)的可靠性和安全性，降低運(yùn)維成本。ZigBee節(jié)點(diǎn)布置于輸電線路中ZigBee應(yīng)用于電力系統(tǒng)輸電線路在線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)可以部署于條件苛刻的環(huán)境中，如高空高壓電網(wǎng)等。節(jié)點(diǎn)能夠長期高效采集有效數(shù)據(jù)，從而免去人工檢查的繁瑣工程和維護(hù)次數(shù)，并且減少有線監(jiān)控的高額成本。無線傳感器節(jié)點(diǎn)ZigBee應(yīng)用于電力系統(tǒng)輸電線路在線監(jiān)測用于監(jiān)測大跨據(jù)輸電線路的應(yīng)力、溫度和震動(dòng)等參數(shù)。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)部署在高壓輸電線上，而網(wǎng)關(guān)固定在高壓輸電塔上無線傳感器節(jié)點(diǎn)ZigBee應(yīng)用于電力系統(tǒng)輸電線路在線監(jiān)測ZigBee應(yīng)用于電力系統(tǒng)輸電線路在線監(jiān)測ZigBee應(yīng)用于電力系統(tǒng)輸電線路在線監(jiān)測基于GPRS和ZigBee無線技術(shù)的輸電線路覆冰預(yù)警系統(tǒng)ZigBee應(yīng)用于電力系統(tǒng)輸電線路在線監(jiān)測輸電線路綜合監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)ZigBee應(yīng)用于電力系統(tǒng)輸電線路在線監(jiān)測監(jiān)測主機(jī)硬件結(jié)構(gòu)圖傳感器節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)圖ZigBee應(yīng)用于電力系統(tǒng)輸電線路在線監(jiān)測ZigBee應(yīng)用于變電站設(shè)備在線監(jiān)測ZigBee應(yīng)用于變電站設(shè)備在線監(jiān)測變壓器在線監(jiān)測/光纖測溫ZigBee應(yīng)用于變電站設(shè)備在線監(jiān)測采用ZigBee組網(wǎng)技術(shù)的無線測溫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對電力系統(tǒng)的高壓和超高壓母線、高壓開關(guān)接點(diǎn)（以及人員無法接近的其他危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境）的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測，在中心監(jiān)控室內(nèi)就可以監(jiān)視運(yùn)行狀態(tài)，真正做到了遠(yuǎn)距離遙測，當(dāng)被測點(diǎn)溫度超過預(yù)先設(shè)定的閥值時(shí)，就發(fā)出報(bào)警信號(hào)及時(shí)提醒有關(guān)人員采取措施。ZigBee應(yīng)用于變電站設(shè)備在線監(jiān)測挑戰(zhàn)與前景□強(qiáng)電磁環(huán)境

在電力系統(tǒng)的環(huán)境中，布局以及無線網(wǎng)絡(luò)的連接性時(shí)常變化從而導(dǎo)致鏈接失敗。更進(jìn)一步來說，傳感器會(huì)受限于射頻干擾，高度腐蝕的環(huán)境，高濕度的環(huán)境，震動(dòng)，灰塵，渣土或者其他會(huì)造成影響其工作的環(huán)境□可靠性和實(shí)時(shí)性–大量設(shè)想的在智能電網(wǎng)中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用在關(guān)于可靠性、延時(shí)以及網(wǎng)絡(luò)吞吐量等方面有不同的服務(wù)質(zhì)量需求和規(guī)范面臨的挑戰(zhàn)□封包錯(cuò)誤和不同的連接能力

無線連接在電力系統(tǒng)中對于障礙物以及環(huán)境噪聲展現(xiàn)出了在時(shí)間和空間上的各種特點(diǎn)。這樣，每一條鏈路容量以及延遲的情況受到位置的影

響，是不斷變化的，而且其本身具有突發(fā)性使

得服務(wù)質(zhì)量的提供就成為了具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)?！踬Y源限制–無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)以及應(yīng)用受到三種資源的限制：1.電源供給，2.存儲(chǔ)資源，3.處理能力面臨的挑戰(zhàn)要保證系統(tǒng)的開放性。不僅對目前技術(shù)的開放，同時(shí)對未來技術(shù)的開放。要保證系統(tǒng)的互操作性。（數(shù)據(jù)模型建立，溯源體系的建立，測試體系的建立）建立一體化的系統(tǒng)信息平臺(tái)，建立全網(wǎng)的信息模型。Preparefor

an

electric

system

that

is

cleand

more

efficient,

reliable,

resilient

aresponsive——a

smarter

grid.面臨的挑戰(zhàn)第3講

醫(yī)學(xué)超聲成像技南方醫(yī)術(shù)科術(shù)大學(xué)匯報(bào)人姓名主要內(nèi)容超聲成像基本原理——超聲回波法醫(yī)學(xué)超聲設(shè)備的分類超聲診斷儀的主要參數(shù)7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義39Part

.01超聲成像基本原理——超聲回波法超聲回波法把幾兆赫至幾十兆赫的高頻聲脈沖發(fā)射到生物體內(nèi)，再接收反射波（回波），這種方法稱為超聲脈沖回波法。脈沖寬度：幾微秒脈沖間隔：幾百微秒（接收放大器處理回波的時(shí)間）脈沖回波法最早較早是應(yīng)用于雷達(dá)和聲納。回波時(shí)間t、探測距離L的關(guān)系，c為聲速7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義417/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義427/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義43超聲回醫(yī)學(xué)波超聲儀器法原理講示義

意圖7/29/202344儀器基本框圖發(fā)射通道：時(shí)鐘電路（同步脈沖發(fā)生器）、發(fā)射器（高頻脈沖發(fā)生器）、換能器（探頭）接收通道：接收換能器、射頻放大器（RFA）、7/2檢9/2023

波及抑制電路、視頻醫(yī)學(xué)超聲放儀器原大理講義器（UFA）45Part

.022醫(yī)學(xué)超聲設(shè)備的分類A型超聲A型超聲診斷儀因其回聲顯示采用幅度調(diào)制

(Amplitude

Modulation)而得名。A型顯示是超聲診斷儀最基本的一種顯示方式，即在陰極射線管(CRT)熒光屏上，以橫坐標(biāo)代表被探測物體的深度，縱坐標(biāo)代表回波脈沖的幅度，故由探頭(換能器)定點(diǎn)發(fā)射獲得回波所在的位置可測得人體臟器的厚度、病灶在人體組織中的深度以及病灶的大小。根據(jù)回波的其他一些特征，如波幅和波密度等，7/2還9/2023

可在一定程度上對病醫(yī)學(xué)超聲灶儀器原進(jìn)理講義行定性分析。477/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義48由于A型顯示的回波圖，只能反映局部組織的回波信息，不能獲得在臨床診斷上需要

的解剖圖形，且診斷的準(zhǔn)確性與操作醫(yī)師

的識(shí)圖經(jīng)驗(yàn)關(guān)系很大，因此其應(yīng)用價(jià)值已

漸見低落，即使在國內(nèi)，A型超聲診斷儀也很少生產(chǎn)和使用了。7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義49M型超聲7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義50M型超聲成像診斷儀適用于對運(yùn)動(dòng)臟器，如心臟的探查。由于其顯示的影像是由運(yùn)動(dòng)回波信號(hào)對顯示器掃描線實(shí)行輝度調(diào)制，并按時(shí)間順序展開而獲得一維空間多點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)序（motion-time）圖，故稱之為M型超聲成像診斷儀，其所得的圖像也叫做超聲心動(dòng)圖。7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義517/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義52M型超聲診斷儀發(fā)射和接收工作原理與A型有些相似，不同的是其顯示方式。對于運(yùn)動(dòng)臟器，由于各界面反射回波的位置及信號(hào)大小是隨時(shí)間而變化的，如果仍用幅度調(diào)制的A型顯示方式進(jìn)行顯示，所顯示波形會(huì)隨時(shí)間而改變，得不到穩(wěn)定的波形圖。因此，M型超聲診斷儀采用輝度調(diào)制的方法，使深度方向所有界面反射回波用亮點(diǎn)形式在顯示器垂直掃描線上顯示出來，隨著臟器的運(yùn)動(dòng)，垂直掃描線上的各點(diǎn)將發(fā)生位置上的變動(dòng)，定時(shí)地采樣這些回波并使之按時(shí)間先后逐行在屏上顯示出來。圖中可以看出，由于臟器的運(yùn)動(dòng)變化，活動(dòng)曲線的間隔亦隨之發(fā)生變化，如果臟器中某一界面是537/2靜9/2023

止的，活動(dòng)曲線將變醫(yī)學(xué)超聲為儀器原水理講義平直線。7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義54M型超聲診斷儀對人體中的運(yùn)動(dòng)臟器，如心臟、胎兒胎心、動(dòng)脈血管等功能的檢查具有優(yōu)勢，并可進(jìn)行多種心功能參數(shù)的測量，如心臟瓣膜的運(yùn)動(dòng)速度、加速度等。但M型顯示仍不能獲得解剖圖像，它不適用于對靜態(tài)臟器的診查。7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義55B型超聲7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義56為了獲得人體組織和臟器解剖影像，繼A型超聲診斷儀應(yīng)用于臨床之后，B型、P型、BP型、C型和F型超聲成像儀又先后問世，由于它們的一個(gè)共同特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了對人體組織和臟器的斷層顯示，通常將這類儀器稱為超聲斷層掃描診斷儀。雖然B型超聲成像診斷儀因其成像方式采用輝度調(diào)制(Brightness

Modulation)而得名，其影像所顯

示的卻是人體組織或臟器的二維超聲斷層圖(或稱

剖面圖)，對于運(yùn)動(dòng)臟器，還可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示。7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義577/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義58C型超聲C型掃查，又稱C型顯示，“特定深度掃查”

(constant

depth

mode)。與B型掃查一樣都是輝度調(diào)制的二維切面象顯示方式，所不同的是B型掃查所獲得的是超聲波束掃查平面本身的切面象，即縱向切面象。可惜由于C型掃查的靈敏度較低，顯象速度不易提高，使C型掃查技術(shù)的發(fā)展受到7/2限9/2023

制。醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義

597/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義607/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義61D型超聲D型超聲成像診斷儀也即超聲多普勒診斷儀，它是利用聲學(xué)多普勒原理，對運(yùn)動(dòng)中的臟器和血液所反射回波的多普勒頻移信號(hào)進(jìn)行檢測并處理，轉(zhuǎn)換成聲音、波形、色彩和輝度等信號(hào)，從而顯示出人體內(nèi)部器官的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。超聲多普勒診斷儀主要分為3種類型：即連續(xù)式超聲多普勒(continuous

wave

doppler)成像診斷儀脈沖式超聲多普勒(pulsed

wave

doppler)成像診斷儀實(shí)時(shí)二維彩色超聲多普勒血流成像(color

doppler627/29/2023

flow

image)診斷儀。醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義F型超聲63F型掃查，又稱F型顯示。它與C型掃進(jìn)原理上是相似的。區(qū)別僅在于：在掃查一幅圖像的過程中，

C型掃查平面距探頭的深度是不變的，而F型掃查面距探頭的深度是一變量，不是一個(gè)常量。根據(jù)成像需要可作相應(yīng)變動(dòng)，從而可獲得7/2斜9/2023

面、曲面的F型醫(yī)圖學(xué)超聲儀像器原理講義7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義64P型超聲7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義65又稱P型顯示，它可視為一種持殊的B型顯示，超聲換能器置于圓周的中心，徑向旋轉(zhuǎn)掃查線與顯示器上的徑向掃描線作同步的旋轉(zhuǎn)。主要適用于對肛門、直腸內(nèi)腫瘤、食道癌及子宮頸癌的檢查，亦可用于對尿道、膀胱的檢查。P型超聲診斷儀所使用的探頭稱為徑向掃描探頭，如尿道探頭，直腸探頭都屬于徑向掃描探頭。掃

描時(shí)探頭置于體腔內(nèi)，如食道、胃或直腸等。7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義667/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義67Part

.013超聲診斷儀的主要參數(shù)主要參數(shù)7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義69表征超聲診斷儀性能的參數(shù)，從大的方面可分為三類，這就是：聲系統(tǒng)參數(shù)

圖像特性參數(shù)

電氣特性參數(shù)在眾多的參數(shù)中，我們只討論其中幾個(gè)主

要參數(shù)。聲系統(tǒng)參數(shù)：聲輸出的強(qiáng)度、總功率等；

超聲場的時(shí)頻特性，如波型、持續(xù)時(shí)間、脈沖重復(fù)頻率、脈沖形狀、頻率、脈沖帶寬等；

聲場分布特性，如換能器類型、波束形狀、聚焦特性、景深等。7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義70圖像特性參數(shù)：分辨力；位置記錄精度；深度測量精度；幀頻；存貯器的容量；圖像處理能力。7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義71電氣特性參數(shù)：靈敏度；增益及TGC指標(biāo)；壓縮特性及動(dòng)態(tài)范圍；顯示器的動(dòng)態(tài)范圍；系統(tǒng)的帶寬等。7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義72Part

.02幾個(gè)主要參數(shù)動(dòng)態(tài)范圍顯示信號(hào)的最大水平與最小水平的比稱為動(dòng)態(tài)范圍(Dynamic

Range,DR)，DR描述了信號(hào)幅度變化的大小，一般用分貝[dB]值表示。式中：Umax—信號(hào)最大值，Umin

—信號(hào)最小7/29/2值02374醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義生物組織的聲界面特性，組織吸收（超聲衰減）特性及探測深度決定了信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義75因此動(dòng)態(tài)范圍DR通常由兩個(gè)部分組成：聲界面特性（聲阻抗差）所確定的信號(hào)幅度變化（SDR）超聲在組織傳播過程中衰減所引起的信號(hào)幅度變化，超聲傳播衰減取決于組織特性（超聲衰減系數(shù)

）與傳播距離（L）由此超聲回波總動(dòng)態(tài)范圍可寫為：DR

=

2 L

+

SDR對動(dòng)態(tài)范圍的影響因素7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義76超聲在生物組織中傳播所產(chǎn)生的全部回波；

超聲發(fā)射功率、接受放大器的等效輸入噪聲；終端顯示裝置的動(dòng)態(tài)范圍；動(dòng)態(tài)壓縮方法時(shí)間增益控制——補(bǔ)償傳輸衰減幅度增益控制——使有用信號(hào)相對壓縮線形范圍線性范圍，一般指的是儀器中放大器線性范圍，它給出放大器輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間成線性關(guān)系的區(qū)域。即Uo

=

KUi線性關(guān)系也用分貝值來表示式中：Umax—信號(hào)最大值，Umin

—信號(hào)最小值，可7/29/20見23線性放大器的線性醫(yī)學(xué)范超聲儀圍器原理講即義

是動(dòng)態(tài)范圍777/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義78當(dāng)輸出信號(hào)的最大幅度保持不變時(shí)，輸入信號(hào)的線性范圍將隨著K值的減小而增大。7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義79分辨率7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義80分辨力指成像系統(tǒng)能分辨空間尺寸的能力，即能把兩點(diǎn)區(qū)分開來的最短距離。超聲顯像儀的分辨力是衡量其質(zhì)量好壞的最重要的指標(biāo)，分辨力越高，越能顯示出臟器的細(xì)小結(jié)構(gòu)。7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義81超聲成像的分辨力有橫向分辨力和縱向分辨力之分。前者是指垂直于超聲脈沖束方向上的分辨力，后者是沿波束軸方向上的分辨力。這兩種分辨力的大小差別很大，縱向分辨力總是優(yōu)于橫向分辨力。而且，垂直于波束軸的兩個(gè)維上的橫向分辨力也往往不同。影響橫向分辨力和縱向分辨力的因素各不相同，7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義82橫向分辨力又稱側(cè)向分辨力，它表示區(qū)分處于聲束軸垂直的平面上的兩個(gè)物體的能力。超聲波束直徑尺寸直接影響橫向分辨力，波束直徑越細(xì)，能分辨的尺度越小，橫向分辨力越高。7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義83影響橫向分辨率的因素顯示熒光點(diǎn)尺寸的影響波束直徑尺寸的影響

動(dòng)態(tài)范圍的影響7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義847/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義857/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義86儀器的圖像質(zhì)量主要取決于橫向分辨力。橫向分辨力好，圖像細(xì)膩，小結(jié)構(gòu)就能顯示清楚。橫向分辨力主要由換能器的尺寸、形狀、發(fā)射頻率、聚焦等因素決定。當(dāng)顯示屏光點(diǎn)尺寸較大時(shí)，也會(huì)影響橫向分辨力。此外，隨著深度的增加，脈沖頻譜中的各種頻率成分的衰減情況也不同，這個(gè)因素也潛在地影響著橫向分辨力。現(xiàn)代化的顯像儀橫向分辨力可優(yōu)于2mm。7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義87縱向分辨力又稱軸向分辨力或距離分辨力，表示在聲束軸線方向上對相鄰兩回聲點(diǎn)的分辨力?？v向分辨力與發(fā)射超聲頻率有關(guān)，因?yàn)槁暡ǖ目v向分辨力理論極限為聲波的半波長。頻率越高，波長越短?？v向分辨力與超聲脈沖的持續(xù)時(shí)間有關(guān)，脈沖持續(xù)時(shí)間越短，即脈沖越窄，縱向分辨力越高。超聲脈沖持續(xù)時(shí)間與發(fā)射電脈沖寬度及換能器阻7/2尼9/2023

有關(guān)。醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義

88影響縱向分辨率的因素脈沖寬度的影響增益大小的影響7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義897/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義907/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義91色散吸收對橫向、縱向分辨率的影響7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義92吸收與頻率的關(guān)系——頻率越高，吸收越強(qiáng)；頻譜中心向低頻偏移；波束變寬；前沿變壞；理想的情況下，工作頻率越高，分辨率越高；生物組織的平均衰減系數(shù)接近1dB/cm·MHz；頻率3MHz—深度20

cm—衰減60dB，94%頻率10MHz—深度20

cm—衰減200dB，99.5%在大多數(shù)情況下，最佳工作頻率就是超聲波穿透深度不超過200個(gè)波長時(shí)就能達(dá)到被探測臟器的

那個(gè)頻率；例如：頻率為3MHz時(shí)，波長是0.51mm它能夠像。7/2形9/2023

成102mm深處組織的醫(yī)學(xué)良超聲儀好器原理講圖義93帶寬7/29/202394醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義工作頻率超聲診斷儀的工作頻率，根據(jù)兩個(gè)方面因素作最佳的選擇。首先，從分辨力的角度說，增高頻率，可以改善分辨力。頻率越高，波長越短，則波束的指向性越好（近場距離大，而發(fā)散角小），橫向和縱向分辨力都能提高。其次，從穿透深度的角度來看，工作頻率越高，則衰減成正比地增加，必然使探測深度減小。若7/2要9/2023

求較大的穿透深度，醫(yī)學(xué)超聲就儀器原得理講義取較低的工作頻率。95因此，在設(shè)計(jì)中不得不在工作深度與頻率之間取合理的折衷。比如眼科應(yīng)用中，所要求深度小，可以用高頻率以提高分辨力，一般用10MHz。而

要穿透較大深度（如腹腔）時(shí)，則只能取較低工作頻率。通用B型超聲診斷儀的工作頻率一般在

3.5MHz，有些診斷儀配有多種不同頻率的的需要。7/2探9/2023

頭以滿足不同檢醫(yī)查學(xué)超聲儀深器原理講度義96常用超聲診斷儀的超聲頻率；動(dòng)態(tài)范圍分辨率(波長mm)頻率(MHz)10dB1.520dB2.530dB3.010.253.754.52.50.91.51.850.450.750.910學(xué)0.2750.3750.45作用距離（穿透深度）指儀器發(fā)射的超聲波束可以穿透并能顯示出回聲圖像的被測介質(zhì)深度。超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的作用距離，通常要滿足處于相當(dāng)深度上的各種器官的成像需要，如腹部成像就需要有20cm的工作距離，而用于眼球的深度為

10cm。影響作用距離的主要因素是脈沖信號(hào)在傳播途中的衰減，這是由于組織的吸收、反射、折射、散射等原因引起的。7/29/2023

醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義

98要提高儀器的探測深度，有三個(gè)方面的途徑。

降低工作頻率。但降低工作頻率，則分辨力也隨之降低，這是一個(gè)限制。

提高接收機(jī)的靈敏度和擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍，使能接收較遠(yuǎn)距離的微弱的反射信號(hào)，但這要受到換能器噪聲的限制，信噪比極限對診斷超聲的最大穿透深度上的限制為300個(gè)波長左右。

加大發(fā)射功率，使遠(yuǎn)距離的微小聲阻抗差也能產(chǎn)生較強(qiáng)反射，從而使更遠(yuǎn)距離的病灶也能被探測到，但要考慮安全劑量的限制。7/29/2023

考慮到各方面的指醫(yī)標(biāo)學(xué)超聲，儀器原理應(yīng)講義合理選取作用距離。99脈沖重復(fù)頻率7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義100指脈沖工作方式超聲儀器每秒鐘重復(fù)發(fā)射超聲脈沖的次數(shù)，即探頭激勵(lì)脈沖的頻率。重復(fù)頻率主要取決于所需探測的最大深度以及掃描的回掃時(shí)間。設(shè)最大深度L=20cm，超聲速度c=1540/s，則探測最大深度所需時(shí)間為2L/c，最大重復(fù)頻率為：7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義101重復(fù)頻率過高，會(huì)造成多重界面的重復(fù)反射而互相干擾，使回波圖形混亂和模糊。通常選用頻率在50~2000Hz之間。M型超聲多采用1000次/s，脈沖持續(xù)時(shí)間1.5微秒。斷層顯像儀為了提高幀頻，選用3000Hz7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義102幀頻7/29/2023醫(yī)學(xué)超聲儀器原理講義103成像系統(tǒng)每秒鐘可以成像的幀數(shù)稱為幀頻。動(dòng)畫顯示：畫面幀頻必須達(dá)到一定