基于IITD与ICA去噪方法的超声声场分布与参数测量系统开发

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随着超声医学的发展,我国在超声医疗设备方面取得很大成就,超声治疗仪因其体积小、使用方便等特点进入到越来越多的家庭当中,由于使用者操作不慎或因超声仪器产品不符合生产规范导致理疗仪烫伤事故不断发生,因此,为了保障使用者的安全问题,超声治疗设备声输出参数必须符合国家标准。本论文以此为背景,对超声治疗仪器的声场分布和声输出参数的测量系统进行了研究与实现。本研究课题从超声声场测量角度等问题出发,通过大量阅读国内外水听器法对超声声场测量的实现标准和应用等相关文献,构建硬件系统和设计软件开发,实现基于水听器测量超声声场参数分布与测量,由于水听器传感器属于高精度传感器,在水听器工作工程中不可避免掺杂噪声信号,因此水听器信号去噪也是一项重要的工作内容。本论文主要研究工作如下:首先,阐述了超声声场特性和声场测量方法,分析目前国内外声场测量系统的不足,提出本文声场参数测量系统的设计需求和实现技术要求,设计了超声声场分布和参数测量系统实现方案,并完成运动控制系统和信号采集模块的设计方案。其次,根据本文提出的设计方案,对测量系统的硬件设备结构设计和选型,完成运动控制器、示波器与上位机的通讯配置,采用Lab VIEW和MATLAB联合编程技术的开发测量软件,介绍测量原理介绍并对每个功能进行程序设计,参照相关国家标准文件公布的测量方法实现对声输出参数的测量,完成超声声场分布和参数测量系统的实现。再次,提出了基于改进固有时间尺度分解与盲源分离结合(IITD-ICA)的去噪方法,详细阐述了两种算法的理论基础及实现方法,采用IITD方法含噪信号序列分解得到多个PRC分量,解决ICA在信号处理中观测信号少于源信号的问题,并给出基于IITD与ICA去噪方法的过程图,通过仿真实验分析验证其信号去噪的有效性,完成实测信号的去噪工作。最后,针对市场上某款超声理疗仪进行系统测试,结果表明,本论文开发的测试系统测量结果满足国家标准对水听器法对超声声场参数测量的要求。并对系统的定位精度做了专业检测,检测表明,本装置的定位精度可实现±0.02mm的技术要求。论文最后分析了影响测量系统精度的可能,对系统的不确定度进行分析,得出测量结果的不确定度。
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