共聚焦非线性声场的研究

1引言 聚焦换能器可在焦点附近产生很强的非线性并且能有效地提高分辨率,从而被广泛应用于超声医学诊断及非线性超声显微镜中.章东、龚秀芬等基于近轴及准线性近似下的KZK非线性方程[1],利用高斯函数叠加法[2]来近似表示活塞聚焦声源的源分布函数,研究了生物组织样品插入后聚焦换能器的非线性声场,得到二次谐波分量的解析解[3].本文在此基础上进一步研究了在聚焦声场中用另一聚焦换能器接收到的二次谐波分量,并对生物组织样品(猪的肝组织、脂肪组织)插入到焦区后接收到的二次谐波分量与两换能器间距离的关系进行了数值模拟.     

基于近场声全息的聚焦换能器声场测量方法研究

高强度聚焦超声(HIFU)被广泛应用于医疗领域,但聚焦换能器焦点处的声强比较大,直接测量容易造成水听器损坏。为了间接获得焦点处声压,将全息测量面近似等效为声源面,结合空间傅里叶变换算法,提出了一种高测量效率的聚焦换能器声场测量方法。以球面自聚焦换能器为对象,进行声场测量方法的仿真研究和实验验证。结果表明,该方法比积分法推算效率提高了1倍,测量误差保持在有效范围内,该方法可以有效用于聚焦换能器声场测量。     

超声微粒检测换能器的分析与设计

利用超声波在传播过程中遇障碍物会产生散射信号的特性进行微粒检测时,超声换能器的设计非常关键.通过对平面圆形活塞声源和凹球面聚焦声源的轴向声场分布比较分析,完成了超声微粒换能器的选型;基于一个假设的应用实例,对影响换能器性能的三个重要参数(焦距 D、晶片半径 a、和谐振频率 f)的确定原则进行了理论研究和仿真分析,给出了...     

活塞聚焦换能器的二次谐波声场

1　引　言　　研究聚焦换能器的非线性声场是非线性声学中受到关注的问题。这是由于聚焦活塞换能器在焦点附近能产生很强的非线性且圆型活塞聚焦换能器由于能有效地提高分辨率而被广泛应用于超声医学诊断及超声显微镜。对于有限振幅的活塞聚焦声场 ,分析时必须同时考虑衍射效应和非线性波型畸变效应 ,因此在数学分析上相当复杂 ,Lucas等人 [1] 在Parabloic近似下 ,导出了活塞聚焦换能器的基波 ,二次谐波积分型式的解 ,尽管这种解的形式是解析的 ,但由于解的形式是多重积分 ,对于实际的声场分析计算不够方便。由于高斯函数的积分具有相对简…     

基于近场测量法的水声换能器声场重建方法研究

为了提高对水声换能器声场分析的效率,开展了基于近场测量法的水声换能器的声场重建方法研究,首先将水声换能器的全息测量面近似为等效声源面,通过积分得到声场重建模型,然后利用自主研发的水下声场测量系统获得发射换能器全息测量面的复声压,实现对其声场的重建,最后比较不同全息测量面的重建结果和实测数据,并分析全息测量面的位置对重建结果的误差影响,得到了重建方法的有效测量区间。该声场重建方法可快速得到水声换能器的声场分布,并且准确可靠。     

聚焦超声声场中的散射体成像方法

在实验室条件下,研究了聚焦超声声场中的散射体成像问题。将一个纽扣作为散射体置于一聚焦换能器所产生的声场中,以频率为1.17MHz的脉冲信号经功率放大后激励聚焦换能器,声波作用于纽扣后发生散射,借助于三维自动扫描系统和PVDF膜片水听器,测量得到了散射声场中前三次谐波的声场分布,膜片水听器敏感元件有效尺寸为1mm。利用角谱法反演了散射体所在处的声场,通过与散射体实际的形状特征进行比较,发现反演的结果与散射体特征吻合良好,由此得出结论,在信噪比足够大的情况下,利用聚焦声场所产生出的高次谐波,可以得到分辨率较高的成像效果。     

幅度加权曲面换能器理论分析

为改变单元降焦超声换能的空间声场分布，拓展聚焦区的长度，在更大的深度范围内得到空间横向分辩率，对单元换能器采用幅度加权设计技术是经济且有效的方法，本文给出了分别采用线性和高斯两种加权方式聚焦换能器的声场分布，与不采用加权技术进行比较，证实了加权技术确实有效，从而对此项技术的应用具有重要的参考价值。     

基元控制的方式优化自聚焦换能器聚焦声场的研究

根据HY2900聚焦超声治疗系统聚焦换能器采用6基元自聚焦方式的特点,通过对6基元聚焦换能器排序及数量的控制,达到了避让特定部位的目的。采用亥姆霍兹-基尔霍夫积分计算并用HY2900声场测量软件测量换能器在脱气水中声场的分布。对6基元换能器排序进行定义,结合水听器控制基元数及排序。在对换能器基元全驱动,关闭1、6基元,关闭1、2、6基元,关闭1、3、5基元的四种状况下测量聚焦换能器途径声场及焦平面声场分布。研究发现焦点上10 mm声场分布平面直接反映换能器基元数及随排序的改变换能器聚焦声途径的变化,可通过对换能器基元排序及数量的控制,优化其途径声场分布。     

联合波束形成和球面谐波逼近法的复合声全息技术研究

水下航行器的噪声水平将直接影响到其安全,为了有效抑制水下航行器的声学亮点,首先需要找到其声学亮点并了解其辐射噪声的水平。由于水下航行器在航行过程中其姿态不能精确控制,不能在其近场布置传声器,不满足近场声全息的应用条件,为此提出一种联合波束形成和球面谐波逼近法的复合声全息技术,首先利用传声器阵列获取声场的声压信息,采用波束形成法定位声源,然后利用球面谐波逼近法重构声场从而可实现声学亮点定位。采用两个脉动球模型进行仿真计算,并和理论声场进行比较。结果表明,此复合声全息技术能较为准确的对辐射体进行声场重构,由于采用波束形成法进行前处理,使得声场重构中需要的传声器数量减少,可提高实际工程应用效率。     

声光偏折效应球壳型换能器聚焦焦点峰值声压的测量

利用声光偏折效应,设计了一种测量球壳型换能器辐射聚焦声场焦点峰值声压的简便实验方法.基于焦点峰值声压与最大光偏折量之间的理论关系,通过测定聚焦声场焦域的最大光偏折量,获得球壳型聚焦换能器的焦点峰值声压;采用有限元方法对聚焦换能器辐射声场进行数值分析.对比实验测量结果,发现二者相对误差为7.33%,符合较好.该实验方法在医疗超声快速校准方面具有广泛的应用前景.