磁聲成像通過將磁場能量和電場能量轉(zhuǎn)化為超聲能量來實現(xiàn)對樣本內(nèi)部結(jié)構的成像。其基本原理是將樣本組織置于穩(wěn)恒磁場中，并通入頻率在超聲頻段的激勵電流。在磁場的作用下，樣本組織中的電流會產(chǎn)生洛倫茲力，進而引發(fā)振動聲波。這些聲波傳播到樣本組織周圍的超聲換能器處，被接收并轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過數(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用

電壓放大器在磁聲成像中的關鍵作用：

（一）信號放大與激勵

在磁聲成像系統(tǒng)中，信號發(fā)生器產(chǎn)生的激勵信號通常較弱，不足以驅(qū)動樣本組織產(chǎn)生足夠的磁聲信號。電壓放大器能夠?qū)⑦@些低電壓、小電流的信號放大到足以驅(qū)動樣本的水平。例如，在一些實驗中，信號發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波電壓信號僅有數(shù)伏特，通過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)生足夠強度的振動聲波。

（二）提高信噪比

磁聲成像過程中，檢測到的磁聲信號通常很微弱，容易受到背景噪聲的干擾。電壓放大器可以對檢測到的微弱信號進行放大，同時通過濾波等技術降低噪聲，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)構特征，提高成像質(zhì)量。

圖：電壓放大器在超聲探測磁聲成像中的應用

（三）精確控制激勵信號

電壓放大器能夠精確調(diào)節(jié)輸出信號的幅值、頻率和相位等參數(shù)，從而實現(xiàn)對樣本組織的精確激勵。通過精確控制激勵信號，可以優(yōu)化磁聲成像的分辨率和對比度，使其能夠更準確地反映樣本內(nèi)部的電導率等物理特性。

電壓放大器在磁聲成像中的應用案例：

（一）五自由度掃描裝置實驗

在一項關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)動聲換能器和樣本載物盤的運動。實驗中，信號發(fā)生器產(chǎn)生的激勵信號通過電壓放大器放大后加載到樣本上，同時聲換能器與樣本位置由步進電機控制，可進行平移、旋轉(zhuǎn)及螺旋型等不同掃描方式。實驗結(jié)果表明，電壓放大器的精確控制對于數(shù)據(jù)采集及電導率重建具有重要影響。

圖：ATA-2161高壓放大器指標參數(shù)

（二）短脈沖磁聲電成像檢測系統(tǒng)設計

在短脈沖磁聲電成像檢測系統(tǒng)的實驗中，電壓放大器用于放大激勵信號并驅(qū)動超聲水浸功率探頭。實驗設置中，幅值為300mV的正弦波短脈沖信號經(jīng)電壓放大器放大后送給探頭，檢測電極接收后的電壓信號再經(jīng)兩級差分放大器放大和濾波處理。實驗結(jié)果驗證了銅片位置產(chǎn)生的電壓信號為聲場、磁場和電場共同作用引起的磁聲電信號，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參數(shù)

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