在现代科研领域，声 - 热 - 固多物理场耦合机理及热弹性效应等相关研究不断深入，声致热声信号测量及成像实验研究也愈发重要。某研究团队为了深入开展这方面的研究，使用功率放大器和 ATA - 5620 前置微小信号放大器，成功搭建了聚焦超声治疗与声致热声信号采集的一体化实验平台。
实验概述
本次实验名称为声致热声信号测量及成像实验研究，研究方向广泛，涵盖了声 - 热 - 固多物理场耦合机理及热弹性效应研究、脉冲聚焦超声激励与热声信号同步采集系统设计、非线性声场传播及焦域温升分布的数值模拟与仿真、高频单阵元换能器声场分布及电声转换效率测试、声致热声成像系统横向分辨率及对比度性能评估等多个方面。
实验目的明确，一方面是搭建聚焦超声治疗与声致热声信号采集的一体化实验平台，通过实测换能器性能、分析仿体及离体组织中的声致热声信号特性，系统验证前文仿真模型的准确性与可靠性；另一方面，通过对细金属丝、不同声衰减系数仿体以及热凝固损伤牛心组织的成像研究，评估该成像方法在空间分辨率、图像对比度方面的表现，终验证声致热声成像技术用于监测聚焦超声所致热损伤（热消融监控）的可行性与应用潜力。
测试设备
本次实验所用到的测试设备种类丰富，包括信号发生器、功率放大器、低噪声前置放大器（ATA - 5620）、聚焦超声换能器、步进电机、超声接收能换能器、数据采集卡等。这些设备相互配合，为实验的顺利进行提供了有力保障。
实验过程
实验过程严谨且有序。首先，研究团队搭建了一套集成脉冲信号激励、步进电机精准定位与数据采集的一体化实验平台。为了确保实验的准确性，他们对所使用的高频聚焦超声换能器进行了声场分布与电声转换效率的实际测量标定。这一步骤就像是为整个实验奠定了坚实的基础，使得后续的数据采集和分析更加可靠。
随后，在琼脂仿体中，研究人员通过改变入射声功率、接收距离、激励脉宽及接收换能器频率等参数，系统采集并分析了声致热声信号的时频域特性。这一过程就像是在探索不同条件下声致热声信号的 “个性特征”，通过与仿真规律进行对比，来验证仿真的准确性。
，分别以嵌入的细金属丝、不同石墨浓度的声衰减仿体以及经聚焦超声造成热凝固损伤的离体牛心组织为成像目标，进行逐点扫描式成像实验，获取其二维热声图像。通过对这些图像的分析，评估系统的分辨率、对比度以及对热损伤区域的监测能力。这一步骤就像是给实验对象进行了 “全面体检”，深入了解了系统在不同成像目标下的性能表现。
（图 1：聚焦超声治疗及声致热声采集一体化实验系统图）
（图 2：声致热声信号特性测量实验装置图）
实验结果
换能器实测声场的焦长（0.703mm）与焦宽（0.192mm）与仿真结果高度吻合，且其电声转效率为 76%。这一结果充分验证了实验平台的可靠性与功率控制的准确性。就好比我们按照设计图纸建造了一座桥梁，实际的尺寸和性能与设计预期高度一致，说明我们的建造过程是准确可靠的。
仿体实验中测得的声致热声信号呈低频宽带双极性特征，其时域波形、幅值及频谱分布均与仿真结果接近，且在不同接收换能器频率下均未检测到空化特征信号，排除了空化干扰。这表明在实验过程中，我们所采集到的信号是纯净的、符合预期的，没有受到其他因素的干扰。
热声信号的峰峰值随入射声功率的增加呈线性增大，随接收换能器与焦点距离的增加而衰减，且信号延迟时间严格满足 t = L/c 的声传播规律。这一结果进一步验证了声致热声信号的传播特性是符合物理规律的，为后续的研究提供了坚实的理论基础。
通过调节激励脉冲宽度可调制热声信号，上升沿激发的信号位置固定，下降沿激发的信号位置随脉宽线性后移，两者间隔恰好等于脉宽 Δt。这一发现为我们进一步控制和利用热声信号提供了新的思路和方法。
（图 3：激励脉宽 Δt 为 a) 1、b) 10、c) 20、d) 30μs 热声信号时域图）
安泰放大器的产品优势
在本次实验中，安泰的 ATA - 5620 低噪声前置放大器发挥了重要作用，具有多方面的产品优势。
对接收换能器转换出的微弱声致热声电信号进行级放大，使其幅值提升至数据采集卡能够有效识别和量化的标准范围内。这就好比将微弱的声音放大，让我们能够更清晰地听到其中的信息。
利用其低噪声设计，在放大目标信号的同时限度抑制引入的附加电路噪声，从而有效提高微弱热声信号提取的信噪比。就像在嘈杂的环境中过滤掉杂音，只保留我们需要的声音。
作为接收换能器与数据采集卡之间的中间缓冲级，实现阻抗匹配并增强信号驱动能力，保障信号在长距离传输至采集卡过程中的完整性与稳定性。这就好比在两个不同的电路之间搭建了一座桥梁，使得信号能够顺利、稳定地传输。
将处理后的高质量模拟信号输送至数据采集卡，为后续上位机进行的波形显示、A/D 转换采样及数据存储提供可靠的输入信号。这为后续的数据分析和研究提供了坚实的基础。
