相位共轭方法的声源定位分辨率研究

相位共轭方法可实现声波的反向传播和自适应聚焦,可用于声源定位。基于有限阵元平面阵列和球面阵列使用数值方法对相位共轭方法的定位分辨率进行了研究,研究了相位共轭阵列的形式及阵列与声源间距和声源定位分辨率的关系,还研究了在声源处设置声汇对噪声源定位分辨率的影响。数值结果表明:只有在近场测量声压梯度并使用偶极子源的相位共轭才能突破声波衍射极限分辨率;平面阵列距离点声源的距离越远分辨率越低,闭合球面阵列的分辨率不随阵列距离点声源距离的改变而改变;使用声汇后基于非近场测量也能突破声波衍射极限分辨率。     

圆锥面聚焦换能器的非线性声场

1引言 在用高斯形式表示聚焦声源的简化方法的基础上,本文利用高斯函数叠加来近似表示圆锥面聚焦声源的分布函数,结合Parabolic近似下Helmholtz和LightHill方程,对圆锥面聚焦换能器在损耗媒质中产生的基波、二次谐波卢场进行了理论计算,推导出了圆锥面聚焦声源的声场分布.并且与球面聚焦声源的声场理论分布作了比较,比较结果圆锥面聚焦声场的焦斑比球面声场的狭小,更加有助于在利用聚焦换能器谐波成像的过程中提高分辨率.     

影响球面激光直写线宽均匀度的关键技术

为提高球面激光直写图形线宽均匀度,提出了球面激光直写四轴同心结构和同心扫描光学系统的方案。这种方案使得激光束经水平轴、垂直轴、光轴和工件中心轴相交于球心,经球心反射镜反射到球面工件表面上,形成激光曝光光斑。采用微小离焦探测和复合闭环控制的自动调焦技术与计算机并行工作的控制方法,确保了球面工件以垂直轴为轴心沿水平方向精密匀速旋转;激光笔绕水平轴以俯仰弧形轨迹移动且精准定位;激光束经写入物镜和调焦系统始终以圆形光点聚焦在球面上,实现了对球面任意纬度连续激光直写线条精度的可靠控制。原子力显微镜检测分析结果表明,在球面上激光直写出约3μm宽线条,线宽均匀度10%左右。     

球面聚焦超声场计算与测量实验

研究了球面聚焦超声场的声压场计算。应用物理声学方法,推导了聚焦超声场声压的积分表达式,并通过数值分析法进行了计算和仿真,同时讨论了两种特殊情况下的声压近似解析式。最后推出了测量高强度聚焦超声装置声压的实例,其结果与理论仿真结果相近,偏差不大于３％。     

傅立叶-勒让德级数展开的宽带聚焦

提出了一种新的直线阵的宽带聚焦变换矩阵的设计方法。该方法把直线阵的阵列流型用以勒让德多项式为基的傅立叶级数展开形式表示,并将高阶项截断,同时对聚焦矩阵加以约束从而保证无聚焦损失。由此解得的聚焦矩阵不受阵列尺寸和阵元间距的限制,无需预估波达方向(DOA)或预置目标所在扇区,而且对不等间距的直线阵同样适用,海上试验证明聚焦算法的实用性和有效性。     

超声聚焦换能器的近场声束

本文利用轴上声压分布计算了具有圆形截面球面聚焦超声换能器的近场声束宽 度，获得了束宽表达式。文中给出了各种频率下不同曲率半径、不同开口半径时的 束宽曲线。同时给出了具有矩形截面的球面聚焦换能器的各种束宽曲线。为研制超 声断层成像装置提供了理论参数。     

功率超声聚焦波束发生器

本文介绍的功率超声聚焦波束发生器是采用六个面积相等的同心圆环形平面换能器作为声发射基阵。当改变对每个圆环的电激励信号从外向内递增的时延，就能实现改变等效球面换能器的曲率半径，从而达到可变聚焦焦距的目的。本系统经聚焦后在声焦点处的声束宽度（按－６分贝计）与平面换能器的声束宽度相比，声束缩小了大约５倍。本装置在水槽里工作时，可明显看到在声焦点附近由于空化所引起的气泡群。根据气泡群的分布可以直接观察到聚焦波束的大致形状。 本文还在理论上导出了由六个圆环构成的等效球面换能器在空间任意点Ｑ的声压表示式，由此可以计算出超声聚焦声场的形状，为确定时延系统的设计参数提供了依据。     

用于治癌的超声加热及无损测人体内温度研究

本文系统论述了超声加热的原理，超声加热机的设计与研制，特别讨论了球面无聚焦系统及其在与放射性相结合的超声加热治癌中的的应用。同时介绍了若干正在研究中无损测温与控温方法。     

凹球面聚焦脉冲声场特征的分析

本文利用传递函数的概念导出了凹球面聚焦脉冲声场的简洁表达式 ,据此研究了源脉冲持续时间对声场分布的影响     

引入声汇的相位共轭方法进行声场识别

在时间反转方法中引入声汇概念的基础上,提出两种方法计算引入的声汇幅值：第一种方法是直接推导出相位共轭阵列在声源聚焦处的幅值,将其作为声汇的幅值;第二种方法是在近场引入一个测量球面计算声汇的幅值,并讨论引入测量球面半径对声场重建结果的影响。数值计算结果表明：引入声汇之后,在一定的测量距离上,采用两种计算方法都能突破声波的衍射极限;通过引入的测量球面方法,采用封闭的球形阵列在远场也能突破声波的衍射极限,得到结果更精确,与点声源理论解吻合较好;根据倏逝波传播性质,引入的测量球面半径需小于一个波长。