声成像技术及其在医学超声中的应用

由于声成像技术具有对材料内部力学特性进行成像检测的特点,它已成为医学超声中的重要研究领域。为了提高声成像的空间分辨力,近年来,又发展了光声成像,扫描电子声显微术和扫描探针声显微术等新的近场成像技术。结合同济大学声学研究所部分研究结果,对这些近场成像技术在医学超声中的应用作了简单介绍。     

利用原子力显微镜低频声学模式观察氧化锌压敏电阻

介绍在商用原子力显微镜上建立的低频声学成像模式,并利用其对氧化锌压敏电阻陶瓷晶界处进行了弹性性能成像.声学像中晶界处微晶的衬度反映了添加物的分布.而晶界处的衬度增强现象可能说明样品经热处理后发生富铋相的相变.结果显示低频声成像的分辨率达到了纳米量级,在功能材料的微区力学性能表征方面具有良好的应用前景.     

基于SPM技术的纳米信息存储薄膜的研究进展

扫描探针显微技术SPM可以在原子或分子尺度上对表面进行表征和修饰，应用SPM技术可以在薄膜表面形成纳米级的信息点阵，特别适合发展超高密度的信息存储，是一种非常有希望代替传统磁存储，光存储的纳米级存储技术，本文介绍了纳米信息存储薄膜的研究进展，并对其制备技术和读写机制进行了初步的探讨。     

铁电材料的纳米尺度压电响应力显微术研究进展

压电响应力显微术是在原子力显微镜的基础上,利用材料自身逆压电效应来探测样 品表面形变的一类技术总称.现已作为铁电材料研究的重要手段,应用于纳米尺度畴结构的三 维成像、畴结构的动态研究、畴结构控制和微区压电、铁电、漏电等物理性能表征等领域.本 文就近年来利用压电响应力显微术对铁电材料的研究方面作一综述.     

加筋圆柱壳声辐射特性研究及声学优化设计

为研究全频段加筋圆柱壳声辐射特性,基于VA-ONE建立FE-BEM混合法、FE-SEA混合法及SEA法低中高全频段的计算模型,并进行加筋圆柱壳辐射声功率的计算,从结构固有模态角度研究了各阶模态的声辐射效率。结果表明,加筋能够减小圆柱壳结构的总体辐射声功率,尤其可以减小低频段的辐射声功率;在中低频区,各阶模态的模态辐射效率具有较大差异,在中高频区,则相差不大。进一步研究了激励位置、壳厚、材质及辐射介质对加筋圆柱壳声辐射特性的影响。为减小加筋圆柱壳对外场点的辐射声功率,基于NCT模块及Design Optimization模块进行声学优化设计,结果表明,将GA算法与SQP算法或MMA算法组合使用不仅可以减少运算时间,而且可以获得较好的优化方案。     

PMN-PT弛豫铁电单晶畴结构的压电响应力显微术研究

利用压电响应力显微术开展了PMN-PT弛豫铁电单晶铁电畴结构的三维极化取向成像、畴结构的不均匀性及极化状态稳定性机理的研究.揭示了纳米尺度畴结构的不均匀性源于纳米尺度极性微区的相互作用和无规场之间的共同调制,而单晶表面屏蔽电荷机制主要源于大气环境下水的溶解性吸附,该机制对PMN-PT单晶中畴状态的稳定性及材料最佳性能的发挥起着重要作用.     

扫描近场光学显微技术在半导体材料表征领域应用的研究进展

半导体材料及其光电器件如激光器、探测器以及高速微波器件有着广阔的应用前景。半导体材料的结构和缺陷特性对器件性能起着至关重要的影响,然而对材料进行纳米尺度下的检测、表征无论是理论上还是技术和设备上都需要深入研究和发展,因此扫描近场光学显微技术在半导体材料表征领域有着无可替代的地位。扫描近场光学显微技术突破了传统光学显微技术的衍射分辨率极限的限制,具有超高空间分辨率、超高探测灵敏度等特点,并且是一种非接触性探测,具有无损伤性。简要介绍了扫描近场光学显微镜的原理及在半导体材料研究中的应用,包括量子阱结构中的位错及缺陷的表征,半导体器件的表面复合速率及扩散长度的纳米表征,以及半导体薄膜中的缺陷分布的检测。探讨了目前相关研究领域存在的主要问题,并对其发展趋势和前景进行了展望。     

纳米尺度铁电畴的扫描力显微镜成像研究进展

扫描力显微镜(SFM)作为一种新型的超分辨率近场扫描探针显微仪器正日益受到各学科领域的高度重视.在铁电材料领域,SFM是开展纳米尺度铁电畴结构成像、纳米尺度畴结构控制及纳米尺度微区的铁电性、介电性、压电性等特性研究的潜在的强有力的研究工具.本文就纳米尺度铁电畴的扫描力显微镜的成像原理的研究进展作一综述.     

纳米阻抗显微镜的研制及商品化

纳米阻抗显微镜(Nanoscale impedance microscopy,NIM)能够测量材料表面的纳米微区阻抗性质,已经成为纳米材料表征的重要工具,得到越来越多的应用;但其应用目前仅局限于实验室范围,而国内尚未有纳米阻抗显微镜研究的文献报道.本文主要介绍纳米阻抗显微镜的基本原理及其仪器的研制.以国内外现有的扫描探针显微镜仪器为基础,研制出了两套不同的纳米阻抗显微镜样机,并率先实现了这种技术的商品化,还利用该技术开展了氧化锌多晶陶瓷材料的应用研究.     

High-resolution underwater acoustic imaging with lens-based systems

In recent years, several sonars designed for high-resolution, short-range underwater imaging have been developed. These imaging systems use an acoustic lens to focus the incoming waves on an array of transducers. In this article we describe three prototype systems that use a line-focus or a point-focus lens and operate at a frequency of 300 kHz or 3 MHz. The line-focus lens produces two-dimensional (2D) intensity images, while the point-focus lens produces 3D intensity images. We present sample images taken from moving and stationary platforms, and discuss the techniques used for processing the acoustic backscatter data to reconstruct and visualize the scene. The images, particularly those taken with a point-focus lens, show a remarkable degree of detail. © 1997 John Wiley & Sons, Inc. Int J Imaging Syst Technol, 8, 377–385, 1997     

广义边缘CWD-Hough变换在宽带声成像中的应用

提出了一种基于广义边缘CWD—Hough（GMCWD—Hough）变换的宽带声成像方法。分析了基于时间伸缩-时延的宽带相关声成像的基本模型,介绍了广义边缘CWD—Hough变换。根据目标回波的时频分布特点,该方法基于时间一频率联合分析法,提取信号在时频域的分布特性参数进行时间伸缩时延的声成像。通过设计合理的广义边缘核函数,能有效避免常用的WVD方法产生的交叉项影响,检测性能优于常用的Wigner—ville分布方法。实验结果表明该声成像方法的有效性,不仅适合水声宽带成像,而且对于低信噪比条件下的其它成像方式也具有参考价值。     

有限空间内三维声成像的简易算法

文章提出了一个可用于有限空间内三维声成像的简易算法。根据回声测距原理，得到有限空间中底面上所有采样点在三维笛卡儿空间内的坐标(z，y，z)，然后将其转换为计算机屏幕上的像素点的坐标(z，y)，从而绘制出具有真实立体感的图像。实践证明，利用此算法可以很方便地在计算机屏幕上绘制任意旋转的三维图像。     

一种用于水声运动目标成像的空间散射模型

水声成像过程中为了分析所接收的运动目标回波、理解接收信号的形成机理,提出了一种用于该情况的空间散射模型,并利用此模型仿真了"T"型阵成像声呐接收的回波信号。对信号的分析说明了空间散射模型的正确性。以空间散射模型为基础,利用傅里叶变换波束形成算法对不同条件下的球体目标进行了水声成像,并分析了成像性能。性能分析说明了水声目标大小、距离等因素对成像的影响情况,还特别强调了在运动情况下目标的成像情况。以上工作完成了对"T"型阵水声成像过程的模拟,为成像过程回波信号研究和成像声呐研制提供了理论基础和仿真手段。     

SFM in acoustic mode and its applications to observation of ferroelectric domain

Ferroelectric domain structures as well as other surface topologies such as grain boundaries and scratches in transparent (PbLa)(ZrTi)O₃ (PLZT) ceramics and BaTiO₃ ceramics have been respectively investigated by scanning probe acoustic microscopy (SPAM). A periodic striation-like domain pattern has been imaged. The observed SPAM domain contrast is related to acoustic signals generated through a local piezoelectric coupling mechanism. The submicron domain structure was confirmed by scanning force microscopy (SFM) in the piezoresponse mode.     

Imaging of packaging-related problems in electronic components by scanning acoustic microscopy

Low-frequency (50 MHz) scanning acoustic microscopy has been applied to the problem of imaging defects in semiconductor packages. The results have been compared with the more established technique of X-ray shadow imaging. The scanning acoustic microscope has been found to be able to image a greater variety of defects than X-ray shadow imaging, although the acoustic image could often only be fully interpreted after comparison with the corresponding X-ray image. Scanning acoustic microscopy is now proving to be a valuable analysis technique for the detection and characterisation of packaging related problems.     

高温结构陶瓷缺陷的激光扫描超声显微检测

本文介绍了激光扫描超声显微镜的工作原理和在陶瓷缺陷检测中的应用。讨论了从缺陷的声图像判断缺陷的大小、位置以及性质的方法。通过对各种陶瓷缺陷的检测实验,证实了利用高频(100 MHz)超声对检测陶瓷中<100μm 缺陷的可能性。     

声相关计程仪检测技术

声相关计程仪(Acoustic Correlation Log,ACL)检测技术用于对ACL在陆上进行功能检测。阐述了检测技术原理、检测方案以及检测平台的设计与实现。采用声呐阵对接检测的方案,可以连续对ACL完成一系列的检测。为了对70k Hz ACL进行功能检测,使用快速多通道并行的A/D、D/A模块,基于运行在PXI控制器的WINDOWS平台,开发了微软基础类库(Microsoft Foundation Classes,MFC)框架下的检测软件,搭建了完整有效的可视化检测平台。该检测平台可以完成对70 k Hz ACL的在载体功能检测,包括发射通道检测、接收通道检测以及串口输出检测等主要功能检测。检测平台使用便捷,性能稳健。经实验室测试证明,检测方案具备可行性,检测平台具有实用性。