脉冲回波的原理

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。

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。

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 。

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。

实验五硬脉冲回波序列确定硬脉冲射频一、实验目的：1、了解硬脉冲的脉冲特性。

2、了解硬脉冲回波的形状。

3、掌握序列参数和采集参数对回波信号的影响。

4、掌握如何确定硬脉冲射频的参数二、实验器材：约1ml大豆油试管样品；NMI20台式磁共振成像仪一台。

三、实验原理：1、硬脉冲MRI中的射频磁场系统发射出中心频率为拉莫尔频率的射频电磁波，激发样品质子群，而发生核磁共振效应。

该电磁波并非为单一频率，而是以拉莫尔频率为中心频率具有一定宽度的频带。

根据频带宽度的不同，可将射频电磁波分为硬脉冲和软脉冲。

射频脉冲是时间门控的高频载波信号，是时间域信号（如图1所示）。

载波频率即为频率源产生的拉莫尔频率，是一个单一频率的信号。

门控信号脉冲序列发生器产生控制射频发射时序的信号。

将图1信号进行傅立叶变换后，即得到其频率域信号波形，它是一个SINC（x xsin）函数形状（如图2所示）。

硬脉冲时间激发宽度较窄，但射频幅值较高，对应的频带较宽，可以激发较大范围的质子，选择性较差；软脉冲时间激发宽度较宽，但射频幅值较低，对应的频带较窄，只能激发较小进动频率范围的质子，选择性较好。

由于矩形脉冲和SINC波形一对傅立叶变换对，因此也有磁共振系统用SINC 波形的时间域射频信号来获取规整的矩形频域信号来进行更好的激励选择，但难度较高，本次实验装置采用矩形时间域信号来激发。

图1 射频波形（时间域）图2 射频的频带范围（频域）2、硬脉冲回波硬脉冲回波序列是采用硬脉冲射频进行激励的自旋回波序列，其序列形式如图3所示。

P1和P2分别是90度和180度脉冲的施加时间，实验时注意观察其长短关系。

图3中的参数分别是：D0:近似为重复时间（TR）;D1：90度射频与180度射频之间的时间间隔，近似为回波时间的一半（TE/2）;D3:180度射频结束后到信号采集开始之间的时间间隔；P1:90度射频的施加时间；P2: 180度射频的施加时间；图33、序列参数对回波信号的影响MR信号是在读出梯度施加时才被线圈读出并送到后面的电子学线路进行处理的。

# 简述脉冲回波式超声波传感器的工作原理超声波传感器是一种利用超声波进行测距、检测和定位的设备。

而脉冲回波式超声波传感器是其中一种常见的类型，它使用脉冲超声波来进行测量。

本文将从深度和广度两个方面探讨脉冲回波式超声波传感器的工作原理，帮助读者更全面地理解这一技术。

## 1. 脉冲回波式超声波传感器的基本原理脉冲回波式超声波传感器通过发送超声波脉冲，并测量其被目标物体反射回来的时间来计算距离。

其基本原理可概括为以下几个步骤：1. 发送超声波脉冲：传感器发送一个短脉冲的超声波信号。

2. 脉冲被目标物体反射：超声波脉冲遇到目标物体，被其表面反射回传感器。

3. 接收反射脉冲：传感器接收到目标物体反射回来的超声波脉冲。

4. 计算距离：通过测量发送和接收脉冲之间的时间间隔，传感器可以计算出目标物体与传感器之间的距离。

## 2. 脉冲回波式超声波传感器的工作原理深入解析脉冲回波式超声波传感器的工作原理可以进一步深入理解为以下几个方面：- 声速的影响：超声波在空气中传播的速度约为343米/秒，而在其它介质中的传播速度会有所不同，因此在实际应用中需要考虑介质对声速的影响。

- 脉冲的宽度和频率：超声波脉冲的宽度和频率会影响测量精度和测距范围，通常会根据实际需求进行选择和调整。

- 温度的影响：由于声速与温度有关，温度的变化会对超声波传感器的测量精度产生影响，因此需要考虑温度补偿的方法。

## 3. 脉冲回波式超声波传感器在实际应用中的广泛应用脉冲回波式超声波传感器在工业、汽车、机器人等领域有着广泛的应用，例如在机器人导航、自动泊车、障碍物检测等方面发挥着重要作用。

其优点包括测距精度高、非接触测量、适用于各种环境等。

## 4. 总结与思考脉冲回波式超声波传感器作为一种重要的传感器技术，在工业自动化、智能驾驶等领域有着广泛的应用前景。

通过本文的介绍，读者可以更深入地了解脉冲回波式超声波传感器的工作原理和应用，并对其在实际生产中的应用进行更加全面的思考。

脉冲梯度自旋回波序列脉冲梯度自旋回波序列(PGSE)是一种常用的NMR信号收集序列，其最初被开发为反映和量化细胞内不同定向分子群随着时间而变化的结构和动力学过程。

PGSE序列主要由两种GRADIENTS组成：梯度幅度和梯度时长。

第一个梯度脉冲将梯度矢量方向的磁场梯度的幅度缩小到零。

随后，使用一系列的脉冲建立一个新的梯度，梯度幅度将在梯度方向上构建一个梯度矢量。

紧接着，又会有一个抵消梯度，其脉冲使梯度减小到0。

接下来，当梯度已经完全抵消回到0后，即成为一个容许模式，开始进行一次延时测量。

该序列主要用于研究细胞内溶质的动态行为，特别是物质向微环境中的传输以及定位等过程。

该序列包括梯度发射器、时间比例器、脉冲发射器和延时器，其中梯度发射器用于控制梯度的幅度和时间，时间比例器控刴梯度的步长，脉冲发射器控制梯度的调节速率，延时器生成停止梯度延时时间。

这些参数中，梯度幅度对应磁场的加速度，梯度时长越长，梯度就越大，因此，可以用梯度幅度和梯度时长来控制磁场在每一步的增长或减小。

脉冲梯度序列（PGSE）可以有效捕获动态行为，其原理是，在回波模式中，磁场梯度在每一步都呈现出新的梯度矢量，梯度矢量穿过复杂的动作空间，随着时间的推移，不同的物质会有不同的行为，其磁场梯度也会有所改变，通过收集这些梯度矢量，就可以实时观察动态行为。

在研究领域，PGSE序列也是极其重要的工具，可以观测分子的自旋活性，进行水合作用力学研究，研究蛋白质结构动力学过程，及基于医学的研究项目。

例如，研究脑细胞的内部结构以及其营养成分的变化，用于研究“脑疾病”等。

课程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。

xyzOuvwt2.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。

超声脉冲回波成像的基本原理
1 超声脉冲回波成像
超声脉冲回波成像（Ultrasound Pulse Echo Imaging）是一种基于声学的无损检测技术，它可以根据发射的探头发出的超声脉冲的反射，用声波回波的形式来测量一个物体的表面和内部结构，有效地解决一些不能使用其他形式检测技术无法检测的问题。

这种成像技术的重要性逐渐受到重视，现在广泛应用于医疗实践和电子制造行业。

超声脉冲回波成像的基本原理是利用高频超声脉冲在物体表面或内部传播，并根据声波回波的来源、强度和速度等特点，来获取物体内部结构和表面信息。

具体来说，在每一次超声脉冲检测中，探头会以特定的频率发出超声脉冲，然后接收这些脉冲通过物体表面或内部时的反射回波，并将这些信息处理成可读的图像数据，同时还能够获取物体的定位信息。

这样，超声脉冲回波成像就可以用来准确测量物体的表面和内部结构，并且还可以在很大程度上减少对检测的影响，从而为后续的检测提供更多的有效数据。

此外，超声脉冲回波成像还有个特别优点：它可以检测出普通可视光光学检测技术不能检测到的内部结构或形状。

例如，它能够检测出三维物体内部的深部位移，这对工业精密检测很有帮助。

另外，它还可以进行探伤检测，比如在飞机维修和形状研究中，它可以检测机翼的内部结构，有助于预防可能会发生的损坏。

总之，超声脉冲回波成像技术拥有非常强大的检测能力，可以帮
助我们更好地了解物体的内部结构，准确探测出形状和表面上的变化，从而实现对物体的完整可靠检测。

稀疏脉冲反演原理稀疏脉冲反演原理是一种在信号处理领域中常用的技术，它可以通过对传感器接收到的信号进行处理，从而获取到目标物体的信息。

本文将介绍稀疏脉冲反演原理的基本概念、原理和应用。

稀疏脉冲反演原理是一种通过发送稀疏脉冲信号并对接收到的信号进行反演处理来获得目标信息的方法。

在传感器接收到信号后，通过对信号进行处理，可以对目标物体的位置、形状、大小等信息进行推测和分析。

这种方法在地震勘探、医学成像、雷达探测等领域有着广泛的应用。

稀疏脉冲反演原理的基本原理是利用信号的稀疏性来提取目标信息。

稀疏性是指信号在某个域中具有较少的非零元素，这意味着信号在这个域中可以通过较少的参数进行表示。

通过对信号进行稀疏变换，可以将信号从时间域转换到稀疏域，然后利用稀疏性对信号进行反演处理，从而获得目标的信息。

稀疏脉冲反演原理的应用非常广泛。

在地震勘探中，可以通过发送地震波信号并对接收到的反射波信号进行反演处理，从而获取到地下地层的信息。

在医学成像中，可以通过发送超声波信号并对接收到的回波信号进行反演处理，从而获得人体组织的信息。

在雷达探测中，可以通过发送雷达波信号并对接收到的回波信号进行反演处理，从而获取到目标的位置和形状等信息。

稀疏脉冲反演原理的优点是可以在较短的时间内获得目标信息，并且对信号的要求较低。

它可以通过对信号进行稀疏变换和反演处理，从而提取出目标的关键信息，避免了对整个信号进行复杂处理的过程。

同时，稀疏脉冲反演原理还可以通过优化算法对稀疏性进行进一步提取，从而提高目标信息的准确性和可靠性。

然而，稀疏脉冲反演原理也存在一些局限性。

首先，稀疏脉冲反演需要对信号进行稀疏变换和反演处理，这些处理过程需要消耗大量的计算资源和时间。

其次，稀疏脉冲反演原理对信号的要求较高，需要信号具有较好的稀疏性才能实现较好的反演效果。

最后，稀疏脉冲反演原理对噪声和干扰的抗干扰能力较弱，容易受到外界环境的影响。

稀疏脉冲反演原理是一种通过对信号进行稀疏变换和反演处理来获取目标信息的方法。

自旋回波序列一、引言自旋回波序列是核磁共振（NMR）技术中常用的一种脉冲序列，它可以实现信号的增强和谱线的简化。

本文将从自旋回波序列的原理、应用和优缺点等方面进行详细阐述。

二、自旋回波序列的原理自旋回波序列是一种由两个90度脉冲和一个180度脉冲构成的脉冲序列。

在第一个90度脉冲作用下，样品中的核磁矢量会沿着x轴方向转至y轴方向，形成一个纵向磁化强度Mz。

接下来，在没有任何干扰的情况下，该纵向磁化强度会逐渐衰减。

这是因为样品中存在不同化学环境下的核自旋，它们之间存在不同的共振频率。

因此，在没有外界干扰时，每个核自旋都会以其特定的共振频率发生进动并发出信号。

在第二个90度脉冲作用下，样品中所有核自旋都将沿着y轴方向反转，并形成一个横向磁化强度Mxy。

此时，在没有外界干扰的情况下，该横向磁化强度会以各自的共振频率发生进动，并且会在一定时间后回到x轴方向。

这个时间称为自由感应衰减时间（T2），它是样品中每个核自旋特有的。

当横向磁化强度回到x轴方向时，再施加一个180度脉冲，所有核自旋都将反转，并形成一个沿着-z轴方向的磁化强度Mz。

此时，在没有外界干扰的情况下，该沿着-z轴方向的磁化强度也会逐渐衰减。

三、自旋回波序列的应用1. 信号增强自旋回波序列可以增加信号强度。

在第二个90度脉冲作用下，所有核自旋都将沿着y轴方向反转，并形成一个横向磁化强度Mxy。

此时，不同核自旋之间相位关系不同，导致它们之间发出的信号相互抵消。

但是，在第三个180度脉冲作用下，所有核自旋都将反转，并且相位关系发生改变。

这样就可以使得不同核自旋发出的信号相互叠加，从而增强信号强度。

2. 谱线简化自旋回波序列可以使谱线更加简单。

在没有自旋回波的情况下，样品中每个核自旋都会以其特定的共振频率发生进动并发出信号。

这样就会产生很多重叠的信号，导致谱线复杂。

但是，在自旋回波序列中，所有核自旋都将以各自的共振频率发生进动，并在一定时间后回到x 轴方向。