复频超声波清洗器的研制

通过改变夹心式换能器压电晶片的堆放位置及组数,使超声清洗换能器具有两个明显的谐振峰。经自动控制及转换电路,使超声波电源既能在任一单频工作又能在双频自动交替工作。大功率实用状态下清洗复杂工件,并用染色法真实记录单频工作及双频交替工作时槽内声场的分布情况。结果表明,复频超声清洗能充分发挥不同频率的声波特性,比单频清洗效果更好。     

基于小球反射法的超声脉冲波声场特性研究

基于对小球散射单频连续波声场指向性的研究,推导出小球散射超声换能器脉冲波声场的指向性函数计算公式,由此建立了小球反射的超声换能器脉冲波声场声压分布理论模型,计算了由不同尺寸的小球反射的声场声压分布.实验验证了指向性函数计算公式和理论模型的正确性,理论计算和实验结果均表明,小球的尺寸对声场声压分布的测量精度有较大影响.     

本刊"病例讨论"栏目征稿

主要研究了高强度聚焦声场及其检测装置.首先从理论角度分析了高强度聚焦超声(HIFU)换能器的声场特性,然后在Matlab软件中,对小振幅条件下的聚焦声场作了计算机仿真.最后理论结合实践,设计并实现了一套具有实用价值的、基于计算机采集与控制的聚焦声场三维自动检测系统,并介绍了相关软、硬件的实现过程.     

一种超声针灸换能器设计

一种超声针灸换能器的设计方法,它将普通凹型聚焦换能器与平凸声透镜组合,使换能器发出的聚焦超声波能量在透镜平面和换能器外球面之间产生多次反射,每次只能有一小部分能量射出,经过不同反射次数后出射的聚焦超声波聚焦在声轴线的不同位置,通过选择反射材料的声速和换能器的半径,就可从在换能器输出面后得到细长的声压分布,声场检测结果与设计结果符合得很好,临床实验表明,这种换能器比其他类型的传统换能器更易使患者产生得气的感觉.     

换能器布阵数量对超声清洗声场特性的影响

利用有限元法对粘贴有不同数量换能器的清洗槽的声场进行数值计算,并将声场中各点声压做统计处理来比较不同声场的强弱和均匀性.用电化学法测量了不同清洗槽的声场,实验结果和数值计算结果基本吻合.结果表明,在槽体尺寸一定时,声场强度并不随换能器个数的增加而线性增加;在换能器达到一定数量后,声场均匀性也不随换能器的增加而明显改善,此时存在一个最佳的换能器布阵数量.该文所得结果对换能器的布阵优化有一定的指导意义.     

聚焦超声换能器的研究现状与发展

超声以其无创性在生物医学及工业无损检测等领域备受关注,超声换能器作为实现超声应用的关键载体,需具备高的空间分辨率和特定的声场分布。常见的单阵元换能器需通过设计优化来满足上述需求,聚焦是最直接且有效的工艺方法。针对不同类型、不同工艺研制的超声换能器,提出了多种聚焦工艺,以实现换能器性能优化。     

多阵元聚焦换能器声场的数值模拟及分析

提出一种新型的多阵元聚焦换能器,该聚焦换能器由6个排列在一个球径为146 mm的凹球面上的透镜式单元换能器组成,透镜曲率半径为112 mm,工作频率为1 MHz。该文应用坐标变换法对该聚焦换能器的复杂声场分布进行了数值计算,并测定了其声功率。研究结果表明:该结构具有较大的聚焦深度、较理想的焦域、可改变的声场能量,工艺简单,成本低廉。     

层状多界面的超声相控阵换能器声场研究

针对层状多界面粘接检测存在的难点,采用相控阵超声检测技术进行研究.建立了矩形换能器的辐射声场模型与声束聚焦偏转的时间延迟计算方法,实现了对声束的聚焦偏转控制.采用7 MHz的超声相控阵换能器仿真研究了多层介质中声场的特性,从仿真结果得出相控阵超声技术可用来检测层状多界面结构的多界面脱粘情况.     

激光光束检测圆对称超声换能器焦点声压的可行性

根据Raman and Nath理论,光在声场中传播可认为是在多层薄光栅中传播,而薄光栅的参数则由光栅平面内的声场分布决定。本文通过圆对称聚焦换能器在焦平面附近的声场分布,得到光束的偏转角与换能器焦点声压的关系。通过测量光束偏转距离得到换能器焦点声压。虽然本文的声压与偏转角的关系是基于理想超声聚焦换能器的线性理论,但通过激光检测声压与光纤水听器测量的结果,表明该方法可用于检测较高的焦点声压检测。     

复频聚焦超声压电换能器声场及频谱的研究

研制了一种新型复频变超声换能器,并从理论上计算了辐射声压在轴向上的分布曲线,进而确定了焦区位置,这与实验所得结果符合得较好。文章还对换能器在水中焦区辐射声场的频谱进行了研究,观测到了两个原波。和频波,差频波及倍频波,证实了声散射声效应的存在。     

聚焦超声换能器的仿真与性能分析

高频声透镜聚焦超声换能器在电子器件评估与检测、材料微观机械性能表征、生物医学成像、细胞操控等方面具有重要的应用。结构参数是影响其性能的主要因素之一。该文通过有限元法对基于声透镜结构的高频聚焦超声换能器进行仿真模拟,分析了声透镜的开孔角度对该类换能器聚焦区域声压模式、横向分辨率、-6 dB景深等关键性能参数的影响。仿真结果表明,换能器的焦距和横向分辨率与理论计算结果接近。随着声透镜开孔角度的增大,换能器的横向分辨力随之提高,焦点处声压级逐渐增大,-6 dB景深逐渐下降。这为声透镜聚焦超声换能器的优化设计提供了一定的技术基础。     

压电双叠片复合弯曲振动换能器辐射声场研究

采用瑞利法对固定边界条件下双叠片复合弯振换能器进行理论研究,在计算谐振频率及位移分布函数的基础上,利用声场迭加原理推导出双叠片复合弯曲振动换能器辐射声压及其指向性表达式,数值计算分析了复合换能器结构参数对指向性的影响,并与相应活塞板指向性进行比较。结果表明,复合弯曲换能器各结构参数对声场指向性会产生不同影响,当其他参数给定,其声场指向性具有无旁瓣,瓣角大,声压作用距离短,频率增大时指向性瓣角变小等特点。     

基于k Wave的HIFU在组织中焦点偏移仿真研究

该文利用k Wave对高强度聚焦(HIFU)超声在多层组织中的焦点偏移现象进行了仿真及理论研究,分析了不同变量在非线性情况下对高强度聚焦超声穿过多层组织达到肝脏组织中形成的焦点位置的影响。研究发现,在换能器参数相同条件下,多层组织的存在将导致焦点明显向换能器方向偏移,其聚焦位置相对于水域中焦点位置相差达到2.6 mm;肌肉厚度的增加将导致焦点向靠近换能器方向移动,脂肪厚度的增加将导致焦点向远离换能器方向移动。对于不同F数(F数表示换能器曲率半径与开口直径之比)的换能器,焦点位置的变化相对较小,这说明本研究的焦点偏移现象及结论对于不同的换能器有普适性,可为高强度聚焦超声精准高效治疗提供参考依据。     

基于 Parylene 膜的法 珀干涉型光纤超声水听器

针对高强度聚焦超声(HIFU)声场测量,提出并研究了一种基于Parylene膜的法-珀干涉型光纤水听器。采用真空气相沉积法在光纤的端面蒸镀Parylene膜构成光纤水听器的法-珀腔,分析了光纤水听器的传感原理和解调原理,建立了HIFU声场检测的实验系统。实验结果表明,基于Parylene膜的法-珀干涉型光纤水听器能准确传感超声信号,其输出与换能器驱动电压的非线性度小于0.01,且与聚偏氟乙烯(PVDF)针式水听器的测量结果基本一致。     

宽频带2D相控阵声束特性及脉冲场分析

二维（2D）换能阵列在横向和侧向两个方向上可实现超声波束的聚焦控制,在整个三维空间实现聚焦声束的扫描。文章通过对波束采用系统理论仿真的方法,确定优化适于医学成象的参数。研究了宽带2D阵列波束的频率特性,并对阵列阵元尺寸和阵元数对波束特性的影响效果进行了研究。最后讨论了在整个换能器孔径上阵元随机分布的一些稀疏阵列的波束特性。