基于扫描数据可视化的超声换能器参数测量

超声探头是超声无损检测中的关键部件,其参数直接影响到对超声检测系统性能的评价与校准。在自主建立的水浸超声声场自动扫查系统基础上,以标准ASTM E1065-99为依据,利用水听器法对聚焦超声换能器声场进行扫描,并将数据可视化。在数据可视化的基础上,对声场中若干重要参数进行了测量。实验结果表明,测量结果与理论计算结果吻合程度良好,所实现的声场自动扫查系统能够真实反应出换能器空间的声场分布,能够为超声换能器应用特性的准确评价提供可信的数据。     

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...     

仿生物组织模型对高强度聚焦超声焦域影响的研究

运用有限元仿真分析了生物组织声学特性对高强度聚焦超声(HIFU)焦域的影响,为HIFU治疗安全性和可靠性提供理论依据。应用超声传播方程以及频域有限元算法(FEM)仿真HIFU治疗过程中因组织特性和厚度引起的焦域变化,并制作仿生物组织模型,进行实验验证焦域变化,分析讨论组织特性和厚度对聚焦区域、位置的影响。结果表明:随着声速增大,焦域尺寸不变,焦域向换能器一侧靠近;随着厚度增大,焦域尺寸基本不变,如果组织声速大于水的声速,则焦域向换能器一侧靠近;如果组织声速小于水的声速,则焦域向远离换能器一侧移动。     

弧形阵列换能器聚焦特性研究

设计一种新型多阵元聚焦换能器,通过对27片自聚焦的圆弧施加延时信号,实现声束的聚焦和偏转,该换能器由27个宽度1.5 mm、曲率半径45 mm、张角60°的弧形阵元线性排列构成,工作频率为350 kHz。用Rayleigh积分对该换能器的声场进行理论推导,并仿真计算自然聚焦和相控聚焦0,10,20 mm状态下的声场分布。实验测量结果表明在-12～12 mm的偏转范围内与仿真基本一致,主瓣声压级降低至-3 dB、-6 dB时,各相控偏转位移对应主瓣宽度与仿真基本吻合,而大于该偏转范围时,主瓣宽度比理论值更大,说明此换能器具有较大的偏转范围与良好的相控聚焦性能,最后讨论由相幅一致性而引入的误差。     

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...     

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。     

点聚焦换能器声场的可视化和测量

0引言声场校准一直以来是声学研究者们广泛关注的方向。传统的校准方法如互易法、自易法、辐射力法等均需在声场中引入接收介质来对指定点的声场进行测量[1]。但是,接收介质的介入本身会对声场产生影响,特别是当我们需要探测高频声或极小点处的声场时,接受介质的引入对测量结果造成影响十分显著,降低了测量精度。     

扫描声强法测量声功率回字形扫描路径的研究

应用扫描声强法测量声功率理论,证明了正方形测量面上回字形扫描路径收敛于真值.以单极子、偶极子和四极子声源为研究对象,建立了正方形测量面回字形扫描路径误差函数的数学模型,通过计算机仿真办法分析了测量面尺寸大小、扫描线条数等参数对扫描声强法测量声功率误差的影响.     

基于激光全息法的聚焦换能器近场声特性分析

研究了基于激光全息法的低频聚焦换能器近场测量方法,分析了利用激光全息法测量近声场特性时的基本原理,构建了一套实验测量系统。为验证该方法的可行性与准确性,利用激光测振仪对1个由25个压电小柱按5×5排布构成,频率为80kHz且表面带有自聚焦声透镜的聚焦换能器的声场进行实验测试和推算,获得了距离该换能器辐射凹面中心50mm处振动膜片上的声压幅度和相位分布,推算出此聚焦换能器声轴线上的声压分布与焦点处声压分布,同时使用COMSOL模型仿真与水听器测试,对比验证了激光全息近场测量后远场外推结果的高准确性。     

等腰三角形路径扫描声强法测量声功率误差分析及参数优化

以单极子、偶极子和四极子声源为例,研究了在包围声源的四面体等腰三角形测量面上采用等腰三角形扫描路径应用扫描声强法测量声功率的收敛特性,并以扫描声强测量误差为目标函数,以等腰三角形扫描测量面的大小、测量面到声源的距离和扫描线密度为设计变量,应用遗传算法进行了优化.依此优化方法确定测量面的各几何参数,保证了测量精度,提高了测量效率,为快速准确地测量声功率提供了依据.     

弯曲振动气介式超声换能器的振动特性及辐射声场研究

本文对弯曲振动气介式超声换能器进行了研究，推出了夹心式换能器与弯曲圆板二者复合振子的机电等效电路及其总体频率方程，得出了其远场声压分布及指向性的解析表达式，并数值计算了换能器近场三维声压分布。     

基于反射探针的聚焦超声测量传感器设计和方法研究

基于钨钢探针和PVDF压电薄膜材料,设计研制了一种用于聚焦超声测量的新型传感器.同时,通过理论分析和有限元分析软件建立了传感器物理模型,并对传感器的内部声场及反射状况进行了模拟仿真,获得传感器输出信号的波形和幅值.最后,利用研制的传感器对聚焦换能器焦域声压和声强进行检测,并将检测结果与理论仿真结果对比,在10 W的声功...     

基于机器视觉的聚焦换能器焦点快速定位研究

提出一种基于机器视觉的聚焦换能器焦点快速定位方法,结合聚焦换能器的几何中心即焦点的特性,基于边缘连接的快速椭圆检测算法检测换能器边缘轮廓信息,从而得到焦点位置,通过坐标间的转换关系来计算机械臂坐标系下的焦点坐标,实现机械臂对换能器焦点的快速定位。对焦平面进行声场扫描得到换能器的实际焦点坐标以验证该方法所得焦点坐标准确性。实验结果表明:该方法所定位焦点在-3dB实际焦点直径范围内定位准确。     

方波扫描路径确定声源声功率误差特性分析

改进了矩形测量面方波扫描路径测量声功率的误差模型 ,以单极子、偶极子及四极子声源为例 ,给出了扫描方向、测量面离声源的距离及扫描线的密度的选取对理论误差的分布图形。分析结果表明 :对选定的测量面 ,在扫描线密度小的情况下 ,通过调整声源离测量面的距离 ,可以在声源近处找到一个最优点或较优点 ,使理论误差为零或很小 ;在绝大多数情况下 ,沿测量面长边扫描误差比沿短边扫描小。     

曲面复合材料缝合机器人自动路径规划技术

为提高复合材料预制件缝合机器人的灵活性与加工柔性,针对缝合机器人自动路径规划问题,研究了基于三维光栅扫描技术的曲面复合材料缝合机器人视觉接缝提取技术.针对三维扫描摄像机视场固定的特点,对摄像机进行标定实验,改进传统的手眼标定方法,提出一种用于求解手眼关系矩阵的四点标定新方法,建立了机器人坐标系与摄像机坐标系的位姿映射关系.经过手眼关系标定,三维光栅扫描仪采样得到的缝合预制件点云数据可转化为机器人坐标系下的点云数据坐标.进一步对采集的预制件点云数据进行接缝中心线提取,提出了一种缝合轨迹及姿态规划算法,采用三次多项式对接缝中心线进行空间曲线拟合,采用最小二乘法对缝合微切平面进行平面拟合,完成机器人操作空间前进矢量及接近矢量的计算.最后,将规划结果应用于缝合机器人的离线编程仿真与实验中.实验结果表明,该系统精度高,线迹成型良好,可以满足机器人缝合系统的要求.     

球壳换能器电声效率测量方法研究

换能器电声效率是高强度聚焦超声系统治疗剂量预测的重要参数。基于平面扫描法、辐射力天平法和自易法测量球壳聚焦换能器的输出声功率,同时测量换能器激励电功率,计算得到换能器电声效率。以1.1MHz的球壳换能器为被测对象,平面扫描法的相对扩展不确定度为14.21%,辐射力天平法的相对扩展不确定度为5.82%,自易法的相对扩展不确定度为15.30%。3种方法测量所得电声效率偏差在4%以内,实验证明3种方法在测量球壳聚焦换能器的电声效率时具有较好的一致性。     

基于温度自动测量系统的扫描开关校准方法研究

针对温度自动测量系统中,计算机控制扫描开关通道切换时间与电测仪器采样时间不匹配导致的数据采集失真问题,在现有寄生电势和通道间数据采集差值的校准方法的基础上,提出了一种基于扫描开关通道间动态采集差值的校准方法。通过分析现行国家标准中的计量特性,选定了扫描开关校准测量标准,并进行了可行性试验。试验中,利用热电偶和热电阻自动测量系统转换开关来计算,对提出的温度自动测量系统扫描开关的校准方法进行了验证。根据试验结果对校准方法进行了改进,并进行了验证试验。研究结果表明,基于扫描开关通道间动态采集差值的校准方法有效解决了动态通道差值的测量问题,并满足了现行国家标准的要求。这一方法对于温度自动测量系统的数据采集具有重要的实用价值,能够提供准确可靠的温度测量数据。     

基于B样条插值的高精度型面测量路径规划

为了解决型面检测时测量路径的规划问题,提高型面测量的效率和精度,本文针对单光束激光三角法非接触式型面检测专用测量系统,提出了基于B样条曲线插值的测量路径规划模型。针对影响单光束激光测量精度和效率的因素:景深范围、测头倾角等,利用B样条曲线插值模型规划出测量点的位置,使测量运动路径紧密结合型面曲率变化,提高了实际测量精度及效率,解决了大型型面测量的路径规划难题。     

基于Dijkstra-蚁群算法的泊车系统路径规划研究

针对智能停车库中自动导引运输车(automated guided vehicle,AGV)存取车路径规划问题,提出了一种基于Dijkstra-蚁群算法(Dijkstra-ACO)的泊车系统路径规划方法.首先利用链接可视图法建立环境模型,并在此环境模型下,采用Dijkstra算法规划出AGV的初始路径;其次,通过引入节点随机选择机制、调整信息素更新方式和限定信息素阈值策略等对基本蚁群算法进行优化改进;最后,选用改进的蚁群算法对初始路径进行优化.结果显示:Dijkstra算法和混合算法均能使AGV有效避开障碍物,然后搜索到一条从起点到终点的无碰优化路径;与Dijkstra算法相比,混合算法能有效提高路径搜索效率,缩短搜索路径长度,改善搜索路径质量,表明该算法正确、可行及有效,且具有较强的全局搜索能力和较好的收敛性能,能够满足AGV存取车路径规划的要求.     

基于粒子群遗传算法的泊车系统路径规划研究

针对智能停车库自动导引运输车(automated guided vehicle,AGV)存取车路径规划问题,提出了一种基于粒子群和遗传算法的动态自适应混合算法.在标准粒子群算法和遗传算法的基础上,通过引入动态自适应调整策略分别对惯性权重系数、学习因子以及交叉变异概率公式进行了优化.在进化初期,通过在惯性权重系数和学习因子之间建立动态联动关系来实现对粒子速度和位置的实时有效更新;在进化后期,通过引入自适应遗传算法的交叉、变异操作来增强混合算法的全局搜索能力,提高算法的进化速度和收敛精度.为验证混合算法的可行性和有效性,选用MATLAB软件对其进行仿真测试.仿真测试结果显示,与禁忌搜索算法、蚁群算法以及遗传算法相比,混合算法表现出较强的全局搜索能力和较好的收敛性能,表明混合算法可行和有效.