基于KLM模型的光声信号读取链端到端硬件建模与灵敏度优化
信号处理
2025-11-13 v1
摘要
光声成像（PAI）中声学探测子系统的灵敏度直接影响图像质量。然而，过往研究往往仅关注前端声学组件或后端电子组件，忽略了探听器、导线与接收器之间的端到端耦合效应。本文基于克里姆霍茨、李多姆和马克赛（KLM）模型，构建了用于系统级灵敏度优化的完整解析模型。该模型从线性 piezoelectric 本构方程、一维波方程和传输线理论出发重新推导，阐明其物理基础及适用条件。通过将声学组件封装为受控电压源，并扩展模型以包含导线和接收器的集总参数表征，建立了端到端等效电路。推导了系统传递函数的解析表达式，揭示了探听器单元面积（EA）、导线长度（CL）和接收器阻抗（RI）等关键参数之间的耦合效应。实验结果表明，模型平均误差小于5%。此外，本文识别并分析了由一维振动假设不足导致的低频尾现象，阐明了理解模型适用条件及抑制类固体现象的重要性。本文为优化PAI系统的检测灵敏度和提升图像保真度提供了综合性框架。
引用
@article{arxiv.2511.09341,
title = {End-to-End Hardware Modeling and Sensitivity Optimization of Photoacoustic Signal Readout Chains},
author = {Weiran Yang and Yiqi Cai and Handi Deng and Cheng Ma},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.09341},
year = {2025}
}
备注
10 pages, 9 figures, 1 table