大功率低频超声场测量研究进展

大功率低频超声场的主要特点是有空化产生，这给声场定量测量带来困难，而该类声场的测定是超声清洗、声化学等超声液体处理技术中的基本问题，掌握声场分布和空化强度的信息对于衡量超声系统的性能及其处理效果至关重要。文章综述了迄今用于测量大功率低频超声场的各种方法，将其分为直接测量方法和间接测量方法两大类进行阐述，介绍了每种测量方法的基本原理，并对各自的优缺点进行了对比分析。最后介绍了一些国内外的相关测量设备，结合大功率低频超声场测量领域目前的研究现状，探讨了今后该领域急需解决的问题及其发展方向。     

带球壳微泡和空化气泡的超声特性研究

在临床应用中,微泡在低频超声作用下能比较成功地导致微血管的栓塞,从而切断对肿瘤的供血来达到杀灭肿瘤的目的,而通过实验的手段来获得其微泡的超声散射特性十分困难。根据经典的微泡模型,应用范德瓦耳斯绝热方程来进行修正,分别对带球壳微泡和空化气泡建立模型,模拟其运动过程,并对两种微泡的散射特性进行了分析与比较,研究了不同驱动声场的频率和微泡初始平衡半径对微泡运动的影响。结果表明,带球壳微泡在微泡初始平衡半径大于2.2μm时较空化气泡有较好的散射特性,其最大散射压力和散射截面随着频率的增大而减小,带球壳微泡在散射特性方面的优势使其能更有效地进行超声治疗和成像,为超声造影剂等微泡的研究和应用提供了理论指导。     

浅海低频声场水声信号时间相关性研究

起伏的声场接收信号是时变的,浅海声场的时间相关性研究有利于目标深度的判别以及水声信号的数据融合。研究浅海低频声场时间相关性以信号的自相关和互相关原理为基础,完成对信号时间相关半径、相关函数值的影响因素分析,得到不同声场条件下信号传播的作用结果。通过仿真比较在不同频率、不同信噪比条件下低频声场信号的相关性曲线,并结合实际海试数据进行验证。研究表明浅海低频声场随机扰动随着低频波长的增加而减弱,且信号时间相关性研究为声场的实际应用提供了一定参考。     

消声水池声场仿真研究

采用网格计算方法建立了消声水池声场的低频仿真分析模型,利用该模型对消声水池中三维声场进行了仿真分析,验证了其可靠性,并将分析结果与镜像声学方法计算进行了比较.通过分析得到不同频率不同吸声效果下消声水池声场的起伏程度等参数.     

柱形料腔中超声空化效应的空间分布特性研究

研究了20 kHz的圆柱形料腔中超声空化效应的形成及其空间分布特性。应用柱贝塞尔函数,推导获取了柱形声场内超声传播的声能密度的分布,并采用有限元方法进行仿真分析。针对频率为20 kHz的功率超声实验,结合声学测量方法和鲁米诺声致化学发光方法,对理论分析结果进行了验证对照。结果表明:料腔半径R=50 mm,20 kHz谐振液位高度H=90 mm时,若功放电流<40 mA,超声空化效应出现在变幅杆端部区域;若40 mA≤功放电流≤80 mA,空化效应显著增强,空化效应的空间分布与场内声压分布一致,空化效应受声模态影响,形成远场空化效应的分布特性;若功放电流>80 mA,受非线性因素影响,谐振液位时,空化效应在声流作用下呈柱形拖尾状分布,并在底部壁面边界形成平铺状分布;非谐振液位高度等于75 mm时,超声空化效应随功率增加仅在变幅杆端部区域出现,且呈现局域空化分布特性。     

低频矢量声场建模及其应用研究

浅海近距离矢量声场携带了丰富的信息可以用来识别目标。采用射线理论对浅海低频矢量声场进行建模,并且分析了该模型在浅海或深海低频时的适用性。经过与波动理论的比较,说明该模型仅是矢量声场传播损失的简单近似。通过分析浅海声压场的特性,提出了一种目标运动参数估计的方法,海试数据分析说明了其有效性。近距离目标辐射的低频宽带噪声通过浅海声场后,在LOFAR图上形成双曲线干涉条纹。运用图像处理中边缘提取的常用方法——Hough变换,提取双曲线参数,可以得到运动目标的航速、航深及距离的信息。     

低频超声的应用基础研究进展

低频超声具有治疗价值,近年来随着低频超声研究的深入,其作用机制尤其空化效应逐渐被广泛接受。文章围绕透皮给药,促进慢性伤口愈合及抗肿瘤治疗三个方面,介绍低频超声的研究进展。今后如何将低频超声更好地运用至临床工作中,且在保证安全性的基础上进一步提高原有治疗效果将是研究者未来共同努力的方向。     

超声空化对喇曼散射的影响

1　引言超声空化的过程是集中声场能量并迅即释放的过程。空化泡崩溃时 ,极短时间在空化泡周围的极小空间内 ,产生 50 0 0 K以上的高温和大约 5× 10 7Pa的高压 ,温度变化率高达 10 9K/ s,并伴生强烈的冲击波和时速达 4 0 0 km的射流 [1]。在这样特殊的物理环境下 ,物质的物理性质和一些物理现象是否发生变化或受环境的影响呢 ?作者曾经设计了一种特殊形状的喇曼光谱样品池 ,它既能让激光束透过样品 ,又能在样品中引入超声空化场 ,从而可研究超声空化对喇曼散射光谱的影响 [2 ]。作为该研究工作的继续 ,本文选择了四氯化碳和乙二醇两种样…     

桥梁交通振动辐射的低频噪声声场分布研究

交通荷载引起的桥梁振动辐射低频噪声为环境噪声污染的重要来源,分析该低频噪声声场分布特性对评价环境噪声污染程度提供重要依据。结合车桥耦合振动理论和声传播理论,建立了车桥耦合振动辐射低频噪声问题的边界元法求解体系,结合一座钢桥面板连续梁桥,对交通荷载作用下桥梁振动产生的低频噪声声场进行了实验分析和数值模拟,并考察了地面的声反射作用对桥梁附近声场分布和声压水平的影响。分析结果表明,边界元方法用于评价车桥振动辐射低频噪声问题具有较好的适用性和较高的精度,并且能够很好地反映声场在空间的分布规律。算例中的钢桥面板梁桥在车辆荷载作用下由振动引起的低频噪声声压水平与测点距离桥面的距离相关,桥面下方和上方的声压分布规律及水平相似。地面声反射对桥面附近声场的影响显著,考虑地面声反射时,地面与桥面间的距离是影响声压水平的重要因素。     

浅海低频声场的水平纵向相关性

基于一次浅海声学实验数据,研究了浅海低频声场的水平纵向相关特性。利用简正波干涉理论,对实验结果中声场水平纵向相关的振荡结构与强烈起伏现象进行了分析与解释。声场水平纵向相关的振荡结构是由简正波干涉所致,该实验结果进一步验证了该现象在浅海低频条件下的普遍性。当实验中采用的爆炸声源的标称深度位于声场中某号有效简正波的一个波节附近,声源实际爆炸深度的较小变化引起该号与其它号有效简正波幅度比值的较大变化,从而在有效简正波号数较少的情况下引起了声场水平纵向相关的强烈起伏现象,该现象表明在一定条件下声源深度是浅海低频声场水平纵向相关的一个敏感参数。     

基于共振峰的超声空化声发射信号分析

摘 要：为了简单有效地提取超声空化时频信息而估计空化强度,提出了应用基于全极点线性预测编码模型的共振峰分析方法进行分析,并使用其分析了19kHz超声作用下的空化场的声发射信号。将共振峰分析结果与常用的频谱分析和短时傅利叶分析结果进行了对比,发现共振峰分析方法更能从超声空化声发射信号的中提取出简单但关键的时频信息来。采用共振峰方法的分析结果表明,可以利用空化声发射的共振峰参数如基频频率和相对高频共振峰的幅值来分别反映超声空化的非线性振荡和瞬态空化,进而估计超声空化的强度。     

B4 用染色法记录液体中大功率超声场的分布

利用染料在纸上染色可以方便，快速地记录液体中大功率超声场的分布，本文给出这一套验研究的结果，表明该方法在声化学和超声清洗等大功率超声液体处理应用中，对于测量空化强度的空间分布是一种实用，可取的方法。     

B4用染色法记录液体中大功率超声场的分布

利用染料在纸上染色可以方便、快速地记录液体中大功率超声场的分布，本文给出了这一实验研究的结果，表明该方法在声化学和超声清洗等大功率超声液体处理应用中，对于测量空化强度的空间分布是一种实用、可取的方法     

双频复合超声强化无水葡萄糖溶液结晶成核研究

溶液结晶技术在许多领域有着广泛的应用,其中结晶成核是溶液结晶的关键环节。以无水α-葡萄糖为研究对象,采用双频复合超声(25 k Hz+40 k Hz)强化糖液结晶成核,研究了溶液浓度、超声功率和作用时间对成核速率的影响,对单频和双频作用的晶核形态进行了对比,并采用碘化钾溶液中碘的释放量研究超声空化产额。研究结果表明:在同等条件下,双频复合超声降低了溶液成核的初始浓度,提高了成核速率,同时得到粒度均匀的晶核;双频复合超声的空化产额远高于单频25 k Hz超声和单频40 k Hz超声的空化产额,双频复合超声具有协同作用。双频复合超声强化溶液成核是一种快速、高效、节能的方法。     

高强度聚焦超声治疗的实时被动空化检测系统及其实验研究

高强度聚焦超声（High Intensity Focused Ultrasound,HIFU）所致空化效应在临床应用中扮演着重要角色,对HIFU临床治疗过程中的空化活动进行实时监测,结合数据分析与治疗过程中实时反馈,可进一步提高HIFU治疗的安全性和有效性。在现有HIFU临床治疗系统的基础上,将两个被动空化检测探头与HIFU换能器集成。在Matlab环境下开发了独立的上位机控制系统,基于以太网通信和虚拟仪器技术,实现了上位机的自动测试,融合被动空化检测系统与HIFU临床治疗系统,对空化所致声发射信号进行实时监测。通过HIFU辐照离体组织实验对该系统进行了测试验证,各种声功率条件下的超声辐照离体组织监测过程中,次谐波幅值与宽带噪声的均方根被实时可视化,用于监测空化的发生;次谐波与宽带噪声均方根的积分曲线斜率用于表征组织焦域处的相对空化强度。实验结果表明,该系统可满足临床治疗过程中对空化活动进行实时监测和数据分析处理的需求,为深入研究实际临床治疗中空化效应和实时反馈提供了一种有力的研究手段。     

Effect of acoustic cavitation on ease of infiltration of molten aluminum alloys into carbon fiber bundles using ultrasonic infiltration method

Continuous M40J carbon fiber reinforced aluminum–magnesium alloy composite wires have been fabricated using ultrasonic infiltration. The infiltration phenomenon is examined from the viewpoint of acoustic cavitation. The ease of infiltration of the molten alloys was found to be proportional to the maximum intensity of the acoustic cavitation. The ease of infiltration and the intensity were enhanced by the addition of surfactant elements into the molten aluminum. Thus, a decrease in surface tension caused an increase in the generation of acoustic cavitation thereby resulting in infiltration. Therefore, the generation of the acoustic cavitation is an infiltration controlling factor during the use of ultrasonic vibration.     

基于声功率的液体中大功率超声场的评价方法

为解决超声清洗中超声设备性能的评价,以及工程应用中超声强度的选取和控制问题,提出了一种根据声功率大小来测定声场强度的评价方法。制作了一个专门的超声清洗系统,并用瓦特计法测定清洗液中得到的声功率,同时用一个探头从清洗液中提取信号;通过测量清洗液中的声功率与探头输出信号电压间的关系,用数字形式来显示超声场强度。用此法对不同清洗槽进行测量,结果表明,该方法可以作为工程中大功率超声场的一种评价方法。     

Ultrasonic imaging of internal vibration of soft tissue under forced vibration

An imaging system that can display both the amplitude and phase maps of internal vibration in soft tissues for forced low-frequency vibration is described. In this method, low-frequency sinusoidal vibration of frequency under several hundred hertz is applied from the surface of the sample and the resulting movement in it is measured from the Doppler frequency shift of the simultaneously transmitted probe ultrasonic waves. Basic experiments are carried out by using 3.0-MHz ultrasonic waves. The two-dimensional maps of the amplitude and phase of internal vibration are shown, and the velocities of vibration are measured for some samples as well as in vivo.