特高壓直流輸電系統(tǒng)設(shè)計和機械設(shè)備選型教材

特高壓直流輸電系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)備選型目錄12特高壓直流輸電技術(shù)特點特高壓直流輸電系統(tǒng)成套設(shè)計特高壓直流輸電系統(tǒng)設(shè)備選型234總結(jié)目錄特高壓直流輸電技術(shù)特點1特高壓直流輸電系統(tǒng)成套設(shè)計2343特高壓直流輸電系統(tǒng)設(shè)備選型總結(jié)1901

192819571977

1980

19902008

(年)19721997

19991954首次試驗成功Firstsuccessfultest首次商業(yè)運行瑞典哥特蘭島FirstC直omm流erc輸ia電l電的發(fā)展operationGotland,Swedish汞弧整流管問世Mercury

arcrectifiersadvent具有柵極控制晶閘管問世Thyristor

advent首次全部采用晶閘管閥伊爾河工程First

all

usethyristor

valveEelRiver,Canada輕型直流輸電首次試驗成功HVDC

Lightsuccessfullytested

for

thefirst

time輕型直流輸電首次商業(yè)運行在瑞典哥特蘭Firstcommercialoperation

ofHVDC

LightprojectGotland,Sweden全控型器件迅速發(fā)展Full-controlled能力的汞弧閥問世Mercuryarc

valve汞?。ㄋy）閥時代Mercury

arc晶閘管閥時代Thyristordevicesdevelopedrapidlywith

gatevalve

periodvalve

period4controlcapabilityadvent交直流電壓等級的發(fā)展1000kV

AC750800kV

DC500kV

DC±533kV

Cahora-Bassa,

South

Africa1150kV

Soviet

Union

1980s±600kV

Itaipu,

Brazil1000kV

Japan

1990s直流輸電的特點逾金寬閘天＞逾眼寬閘臺遵300三升直１

700三升直金眼遲筒酉０私游左簧逾眼遲筒與變頒刷

０臺儀遵制3000六闖逾金礙加癥咖天少普嗎臺儀念鉆播刷咖躍蛙私游逾眼撤全與傘墨務(wù)去構(gòu)眼辦編肘窮迭寬閘私游逾眼考迭過廓糊

私游左簧礙乙中桂取眉旦飛曳０只乙桂臺股育鄰訪０幸臺取攪邦躺襯莖辦０信擲金眼加癥與敘技湊爾加癥擺頭

私游編肘柏適鐮構(gòu)躍刷加莖０臺儀楔摩編肘諾澤你擊發(fā)底０尋柔眼捂蕩亨眉韻盡０攢?眼辦編肘類宛淚年

例看摘游緊暫加加癥播刷都訪編肘礙亥游眼厭躍蛙

天眼腰烏露錢邦私游五艾，妙英鬃英普弓－嚴中眼腰露與傘五禿平拓咖徹哎０直流輸電的特點±800KV—更具優(yōu)勢的直流方案±800KV速±500KV私游＞眼厭杭?＞±800KV望±500KV礙1.6倒?厭紅礙私游貫復＞摘游敘厭噪友具奧織、粹增奧織、摘游非、錯馬噪、私游異興、旋擲瓸棉、考迭肉腳納攢擊杭?諾澤杭天礙金眼寬閘互博１莊絲電?厭私游＞500三升直嗎容垓１下滿電?厭私游＞640三升直隸展１蝴博電?厭私游＞720三升直杭酉礙金眼遲筒互博１莊絲電?厭私游＞1418六闖嗎容垓１下滿電?厭私游＞1905六闖隸展１蝴博電?厭私游＞2078六闖±800KV—更具優(yōu)勢的直流方案—特高壓直流電壓等級高、輸送容量大，線路路徑和線路選型對環(huán)境起到關(guān)鍵的影響?！馗邏褐绷鬟\行的電壓等級更高，線路走廊和站址的環(huán)境較為復雜和惡劣，面臨高海拔、污穢、覆冰等復雜惡劣的外絕緣環(huán)境條件，國內(nèi)外沒有現(xiàn)成的工程經(jīng)驗可以借鑒，也沒有標準規(guī)范可以參照?！馗邏褐绷飨到y(tǒng)輸送容量大，受端側(cè)有多條直流線路與交流系統(tǒng)相連。對送受端電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提出了更嚴酷的要求。特高壓直流輸電技術(shù)創(chuàng)新面臨的挑戰(zhàn)—特高壓直流工程大多數(shù)設(shè)備屬于世界上首次研制，在技術(shù)、設(shè)計、制造等方面均存在需要突破的地方。關(guān)鍵設(shè)備電壓等級高、容量大、運輸限界小、結(jié)構(gòu)緊湊、制造工藝復雜，所涉及的眾多核心技術(shù)均是世界難題?！馗邏褐绷鬏旊娫诳蒲小⒃O(shè)計、設(shè)備制造、工程建設(shè)和調(diào)試等都是第一次，沒有現(xiàn)成的工程經(jīng)驗可以借鑒，沒有國際標準可以參照。特高壓直流輸電技術(shù)創(chuàng)新面臨的挑戰(zhàn)1、設(shè)備制造2、外絕緣特高壓直流的關(guān)鍵問題3、過電壓與絕緣配合4、控制保護5、對電網(wǎng)影響及穩(wěn)控配置6、無功配置7、孤島運行配置13目錄特高壓直流輸電技術(shù)特點1特高壓直流輸電系統(tǒng)成套設(shè)計234特高壓直流輸電系統(tǒng)設(shè)備選型總結(jié)系統(tǒng)設(shè)計——換流器布置方案每極單換流器每極雙換流器-并聯(lián)每極雙換流器-串聯(lián)1、練賣1、頓住摘游敘刷鐵飯座1、攢?摘游噪錢游莖辦2、貫復明閘爾2、治12茨助摘游賣兄臺賣疏鄰2、播刷、信拿編肘夏柜3、拭轄住4、貫復刷鐵飯座天5、臺鬃懂己6、逾金寬閘爾訪０臺鬃懂?3、貫復明閘夜4、拭轄天5、墨務(wù)卡場3、審順左簧底看速爾系統(tǒng)設(shè)計——換流器布置方案眼厭切鐮普榜±400kV+±400kV±500kV+±300kV±600kV+±200kV普榜泄釘航警團緣貫復刷鐵莖辦邦眼厭淚年

播刷信拿鄰訪猜溫懂系統(tǒng)設(shè)計——平抗布置閉看平弓年涌眼拷噪０切臂圭桂油考咖豐懂油考下湊爾?紅非而礙板天擲育鄰訪眼厭崖傾0.00500.00750.01000.01250.01500.01750.02420410400390380370kVV91有平抗0.0000

4400.002500430臨艾礙嚴12茨助摘游噪豐露油考眼厭泄速0.0100

0.0125

0.0150

0.0175

0.02000.0000

950.0025

0.0050

0.00750900850800750700650600550500kVV52a有平抗?jié)裼瘢?2－板?眼低摘游敘礙非紅眼厭泄速系統(tǒng)設(shè)計——平抗布置系統(tǒng)設(shè)計——旁路開關(guān)旁路開關(guān)旁路開關(guān)在每個12脈動閥組上并聯(lián)旁路開關(guān)，能夠更為靈活的運行方式。每個單閥組可以獨立運行合理設(shè)置避雷器及平波電抗器分開設(shè)置，有效降低絕緣水平—所采用的MOA配置使過電壓降低，加上合適的安全裕度可使對設(shè)備的絕緣要求相對降低。—±800千伏直流系統(tǒng)絕緣水平比±500kV直流系統(tǒng)絕緣水平的

1.6倍降低最大達到30%。系統(tǒng)設(shè)計——過電壓絕緣配合增設(shè)A2避雷器

平波電抗器極母線

和中性線分設(shè)800kV關(guān)鍵設(shè)備絕緣水平絕緣水平500kV換流變高壓閥側(cè)/(x1.6)換流變高壓閥側(cè)平波電抗器前的高壓直流極設(shè)備平波電抗器后的高壓直流極設(shè)備SIWV

(kV)1175/1880160016001600LIWV

(kV)1675/2680180018001950SIWV/

LIWV0.7010.8890.8890.821絕緣配合：安全裕度說明絕緣裕度(SIWV/LIWV/STIWV)閥15%/15%/20%換流變（閥側(cè)）15%/20%/25%平波電抗器15%/20%/25%閥廳設(shè)備15%/20%/25%直流場15%/20%/25%系統(tǒng)設(shè)計——外絕緣直流污閃電壓與絕緣距離的關(guān)系（a）I-串布置

（b）V-串布置在瑞典STRI進行。驗證了污閃電壓與絕緣距離具有良好的線性關(guān)系；憎水性閃絡(luò)梯度比親水性高出近150%系統(tǒng)設(shè)計——外絕緣決函眼厭舵變電懂單節(jié)和雙節(jié)結(jié)構(gòu)在模擬的塔頭布置進行操作沖擊和雷電沖擊試驗，結(jié)果表明，單節(jié)結(jié)構(gòu)復合絕緣子絕緣性能更優(yōu)。直流線路下系統(tǒng)方統(tǒng)方設(shè)地計面—合—成電電磁場環(huán)：境＜30kV/m臨近民房的最大合成場強：＜25kV/m離子流密度的限值：＜100nA/m2直流磁場限值：＜10mT直流極線外側(cè)20m處無線電干擾限值：＜58dBμV/m可聽噪聲限值：＜45dB(A)±800kV特高壓直流線路電磁環(huán)境限值系統(tǒng)設(shè)計——過電壓與絕緣配合私游錯馬噪又明持續(xù)運行電壓幅值（CCOV）持續(xù)運行電壓峰值（PCOV）荷電率V：0.95～1A2：0.95左右C2、M1、M2、CB1A、CB1B：0.9左右DB、DL：0.8～0.9左右。直流參考電壓（Uref）避雷器的殘壓特性（V-I曲線）避雷器能量。系統(tǒng)設(shè)計——過電壓與絕緣配合絕緣裕度設(shè)備絕緣裕度(SIWV/LIWV/STIWV)非15%/15%/20%摘游敘非侯15%/20%/25%年拷15%/20%/25%私游圾貫復15%/20%/25%特高壓直流輸電控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)播刷編肘鐮臂礙堂柏諾澤臺鬃懂’播刷編肘提以礙湯窩懂臺看癥’播刷編肘礙暫旦飛湯帽鄰訪牛進堂柏鐮臂諾澤礙搶沫夜閑北播刷編肘閉看夜中臺看錢鋪礙聾桃帽課夜閑北普榜＞反錢鋪０上受于切居聾桃直流輸電控制保護從工程設(shè)計到系統(tǒng)試運行的工作過程30目錄特高壓直流輸電技術(shù)特點1特高壓直流輸電系統(tǒng)成套設(shè)計234特高壓直流輸電系統(tǒng)設(shè)備選型總結(jié)楚雄換流站穗東換流站工程實踐——云廣特高壓云直廣直直流流輸工程電西工起云程南楚雄州祿豐縣，東至廣東省廣州增城市，途經(jīng)云南、廣西、廣東三?。▍^(qū)），線路全長1373km，額定電壓±800kV，輸電容量500萬kW，總投資140.7億元。工程2009年12月28日單極投運，2010年6月18日雙極投運。楚雄側(cè)接地極穗東側(cè)接地極工程概況工程建設(shè)規(guī)模：云南側(cè)楚雄換流站、廣東側(cè)穗東換流站直流線路1373km，接地極線路楚雄側(cè)109km、穗東側(cè)94km楚雄側(cè)接地極，穗東側(cè)和貴廣二回直流工程共用接地極工程建設(shè)規(guī)模工程實踐——云廣特高壓直流輸電工程不同的運行方式通過對直流場和閥組的連接配置實現(xiàn)。每極雙12脈動閥組串聯(lián)結(jié)構(gòu)使運行方式多樣化電工程反桂鄰工訪程，21箔－實踐——云宏廣星特反高桂壓直流輸3/4反桂1/2反桂賣桂鄰訪，20箔－宏星賣桂聞山郎因天場郎因1/2賣桂聞山郎因天場郎因OLT賞?，12箔－賣非而OLT賣桂OLT乙桂OLT０尋桂鄰訪工程實踐——云廣特高壓直流輸電工程典型運行方式：整流站與交流系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運行、整流站孤島運行特高壓直流輸電系統(tǒng)的基本運行方式：1)雙極全壓運行方式雙極半壓運行方式雙極一極全壓一極半壓運行方式單極全壓金屬回線方式單極全壓大地回路方式單極半壓金屬回線方式單極半壓大地回路方式特高壓直流的關(guān)鍵設(shè)備換流變壓器套管（穿墻套管和換流變套管）換流閥旁路開關(guān)平波電抗器控制保護交流濾波器變壓器換流設(shè)備換流選變閥型側(cè)套管換流閥

穿墻套管旁路開關(guān)旁路刀閥平波電抗器電壓分壓器電容器隔離開關(guān)直流線路直流濾波器電容器避雷管接地刀閥交流系統(tǒng)外置式閥側(cè)設(shè)引備線選出選線型裝—置—換流變壓器真空型有載調(diào)壓開關(guān)運輸限界小和特高壓電壓作用下的繞組絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計閥側(cè)套管高端換流變漏磁分布、雜散損耗以及局部過熱的控制冷卻器高端換流變壓器的抗短路設(shè)計高強度緊湊型油箱結(jié)構(gòu)設(shè)備選型——平波電抗器多層繞組并聯(lián)，干式空心，自然空氣冷卻，戶外布置，采用支柱絕緣子支撐。平抗分別布置在極線和中性母線上，每兩臺串連為一組。因平抗的支撐結(jié)構(gòu)長期運行在特高壓直流戶外場中，綜合考慮直流耐受能力、污耐壓、抗震等性能要求，采用合成支柱5英寸光控晶閘管800kV

/3125A特高壓晶閘管換流閥閥塔結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用雙12脈動、懸設(shè)備選型——換流閥吊式雙重閥單閥塔串聯(lián)結(jié)構(gòu)，換流閥最大的技術(shù)挑戰(zhàn)來自于型式試驗，包括多重閥絕緣試驗，運行試驗等試驗項目和試驗判據(jù)母飲摘游緊＞4組DT11/24雙調(diào)諧濾波器、4組DT13/36濾波器、2組HP3濾波器、8組并聯(lián)電容器。穗絲摘游緊＞4組DT11/24雙調(diào)諧濾波器、3組DT13/36濾波器、8組并聯(lián)電容器。設(shè)備選型——交流濾波器互莊左設(shè)簧備選＞型——交流濾波器無源濾波器三調(diào)諧(TT12/24/45)每站每極裝設(shè)1組41±800kV私游晰迭異興＞復合外設(shè)套備絕選緣型子——直流旁路開關(guān)額定直流電流：4000A開斷直流電流：4000A雷電沖擊耐受電壓：1950kV操作沖擊耐受電壓：1600kV42±800kV私游顛筒異興＞復合外套絕緣子額定直流電流：4000A瞬時直流電流：20kA雷電沖擊耐受電壓：1950kV操作沖擊耐受電壓：1600kV設(shè)備選型——直流隔離開關(guān)43±800kV私游眼游濕閘誘臂＞設(shè)備選型——直流電流測量裝置額定直流電流：3125A精度：<0.2%44±800kV私游切厭噪＞設(shè)備選型——直流分壓器復合外套標稱直流電壓：±800kV精度：<0.2%(0.1

～1.1pu)<0.5%(1.1

～1.5pu)響應時間：<100μs45±800kV直流避雷器：設(shè)備選型——直流避雷器無間隙氧化鋅避雷器復合外套雷電沖擊保護水平/配合電流:1579kV/10kA操作沖擊保護水平/配合電流:1328kV/1kA46±800kV直流支柱絕緣子：設(shè)備選型——直流支柱絕緣子復合外套額定直流電壓：±800kV

雷電沖擊耐受電壓：1950kV操作沖擊耐受電壓：1600kV47主要設(shè)備選擇±800kV直流穿墻套管：復合外套額定直流電流：3125A雷電沖擊耐受電壓：1950kV操作沖擊耐受電壓：1600kV48云廣特高壓直流工程控制保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2013年1～6月合計97.9611.1運行年份5000MW額定功率運行時間（小時）輸送電量（億千瓦時）2009年25.762010年3117.072011年43158.962012年1391211.414201857運行情況云廣特高壓直流工程自投運以來運行情況總體平穩(wěn)。截至2013年6月30日，工程實踐——云廣特高壓直流輸電工程楚雄換流站累計安全運行1492天，累計西電東送電量達611.1億度，滿負荷（5000MW）運行時間達到1857小時。第3講

醫(yī)學超聲成像技南方醫(yī)術(shù)科術(shù)大學匯報人姓名主要內(nèi)容超聲成像基本原理——超聲回波法醫(yī)學超聲設(shè)備的分類超聲診斷儀的主要參數(shù)8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義52Part

.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間）脈沖回波法最早較早是應用于雷達和聲納?；夭〞r間t、探測距離L的關(guān)系，c為聲速8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義548/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義558/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義56超聲回醫(yī)學波超聲儀器法原理講示義

意圖8/2/202357儀器基本框圖發(fā)射通道：時鐘電路（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）、8/2檢/2023

波及抑制電路、視頻醫(yī)學超聲放儀器原大理講義器（UFA）58Part

.022醫(yī)學超聲設(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，以橫坐標代表被探測物體的深度，縱坐標代表回波脈沖的幅度，故由探頭(換能器)定點發(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，8/2還/2023

可在一定程度上對病醫(yī)學超聲灶儀器原進理講義行定性分析。608/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義61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，且診斷的準確性與操作醫(yī)師

的識圖經(jīng)驗關(guān)系很大，因此其應用價值已

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。8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義62M型超聲8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義63M型超聲成像診斷儀適用于對運動臟器，如心臟的探查。由于其顯示的影像是由運動回波信號對顯示器掃描線實行輝度調(diào)制，并按時間順序展開而獲得一維空間多點運動時序（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圖。8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義648/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義65M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。對于運動臟器，由于各界面反射回波的位置及信號大小是隨時間而變化的，如果仍用幅度調(diào)制的A型顯示方式進行顯示，所顯示波形會隨時間而改變，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形式在顯示器垂直掃描線上顯示出來，隨著臟器的運動，垂直掃描線上的各點將發(fā)生位置上的變動，定時地采樣這些回波并使之按時間先后逐行在屏上顯示出來。圖中可以看出，由于臟器的運動變化，活動曲線的間隔亦隨之發(fā)生變化，如果臟器中某一界面是668/2靜/2023

止的，活動曲線將變醫(yī)學超聲為儀器原水理講義平直線。8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義67M型超聲診斷儀對人體中的運動臟器，如心臟、胎兒胎心、動脈血管等功能的檢查具有優(yōu)勢，并可進行多種心功能參數(shù)的測量，如心臟瓣膜的運動速度、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。8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義68B型超聲8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義69為了獲得人體組織和臟器解剖影像，繼A型超聲診斷儀應用于臨床之后，B型、P型、BP型、C型和F型超聲成像儀又先后問世，由于它們的一個共同特點是實現(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)，對于運動臟器，還可實現(xiàn)實時動態(tài)顯示。8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義708/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義71C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?？上в捎贑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)展受到制。8/2限/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義

728/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義738/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義74D型超聲D型超聲成像診斷儀也即超聲多普勒診斷儀，它是利用聲學多普勒原理，對運動中的臟器和血液所反射回波的多普勒頻移信號進行檢測并處理，轉(zhuǎn)換成聲音、波形、色彩和輝度等信號，從而顯示出人體內(nèi)部器官的運動狀態(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)成像診斷儀實時二維彩色超聲多普勒血流成像(color

doppler8/2/202375flow

image)診斷儀。醫(yī)學超聲儀器原理講義F型超聲76F型掃查，又稱F型顯示。它與C型掃進原理上是相似的。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，不是一個常量。根據(jù)成像需要可作相應變動，從而可獲得8/2斜/2023

面、曲面的

F

型醫(yī)圖學超聲儀像器原理講義8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義77P型超聲8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義78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

描時探頭置于體腔內(nèi)，如食道、胃或直腸等。8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義798/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義80Part

.013超聲診斷儀的主要參數(shù)主要參數(shù)8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義82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主要參數(shù)。聲系統(tǒng)參數(shù)：聲輸出的強度、總功率等；

超聲場的時頻特性，如波型、持續(xù)時間、脈沖重復頻率、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。8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義83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。8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義84電氣特性參數(shù)：靈敏度；增益及TGC指標；壓縮特性及動態(tài)范圍；顯示器的動態(tài)范圍；系統(tǒng)的帶寬等。8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義85Part

.02幾個主要參數(shù)動態(tài)范圍顯示信號的最大水平與最小水平的比稱為動態(tài)范圍(Dynamic

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

—信號最小8/2/20值2387醫(yī)學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的動態(tài)范圍8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義88因此動態(tài)范圍DR通常由兩個部分組成：聲界面特性（聲阻抗差）所確定的信號幅度變化（SDR）超聲在組織傳播過程中衰減所引起的信號幅度變化，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）由此超聲回波總動態(tài)范圍可寫為：DR

=

2 L

+

SDR對動態(tài)范圍的影響因素8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義89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；終端顯示裝置的動態(tài)范圍；動態(tài)壓縮方法時間增益控制——補償傳輸衰減幅度增益控制——使有用信號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和輸出信號之間成線性關(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—信號最大值，Umin

—信號最小值，可8/2/202見3線性放大器的線性醫(yī)學范超聲儀圍器原理講即義

是動態(tài)范圍908/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義91當輸出信號的最大幅度保持不變時，輸入信號的線性范圍將隨著K值的減小而增大。8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義92分辨率8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義93分辨力指成像系統(tǒng)能分辨空間尺寸的能力，即能把兩點區(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，分辨力越高，越能顯示出臟器的細小結(jié)構(gòu)。8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義94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，8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義95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，能分辨的尺度越小，橫向分辨力越高。8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義96影響橫向分辨率的因素顯示熒光點尺寸的影響波束直徑尺寸的影響

動態(tài)范圍的影響8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義978/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義988/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義99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。當顯示屏光點尺寸較大時，也會影響橫向分辨力。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，這個因素也潛在地影響著橫向分辨力?，F(xiàn)代化的顯像儀橫向分辨力可優(yōu)于2mm。8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義100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的分辨力?？v向分辨力與發(fā)射超聲頻率有關(guān)，因為聲波的縱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)時間有關(guān)，脈沖持續(xù)時間越短，即脈沖越窄，縱向分辨力越高。超聲脈沖持續(xù)時間與發(fā)射電脈沖寬度及換能器阻8/2尼/2023

有關(guān)。醫(yī)學超聲儀器原理講義

101影響縱向分辨率的因素脈沖寬度的影響增益大小的影響8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義1028/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義1038/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義104色散吸收對橫向、縱向分辨率的影響8/2/2023醫(yī)學超聲儀器原理講義105吸收與頻率的關(guān)系——頻率越高，吸收越強；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個波長時就能達到被探測臟器的

那個頻率；例如：頻率為3MHz時，波長是0.51mm它能夠像。8/2形/2023

成102mm深處組織的醫(yī)學良超聲儀好器原理講圖義106帶寬8/2/2023107醫(yī)學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?。?，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8/2要/2023

求較大的穿透深度，醫(yī)學超聲就儀器原得理講義取較低的工作頻率。108因此，在設(shè)計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，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。8/2探/2023

頭以滿足不同檢醫(yī)查學超聲儀深器原理講度義109常用超聲診斷儀的超聲頻率；動態(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)學成像系統(tǒng)的作用距離，通常要滿足處于相當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。8/2/2023

醫(yī)學超聲儀器原理講義

111要提高儀器的探測深度，有三個方面的途徑。

降低工作頻率。但降低工作頻率，則分辨力也隨之降低，這是一個限制。

提高接收機的靈敏度和擴大動態(tài)范圍，使能接收較遠距離的微弱的反射信號，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個波長左右。

加大發(fā)射功率，使遠距離的微小聲阻抗差也能產(chǎn)生較強反射，從而使更遠距離的病灶也能被探測到，但要考慮安全劑量的限制?？紤]到各方面的指醫(yī)標學超聲，儀器原理應講義合理選取作用距離。1128/2/2023脈沖重復頻率8/2/202