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...     

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。     

基于近场声全息的高频换能器阵列声场测量方法

在二维平面声压构建技术理论基础上,结合空间傅里叶变换的近场声全息技术,提出一种高测量效率的声场测量方法。以由4个压电元件所构成的矩形活塞换能器阵列为测量对象,进行声场仿真和实验测量,验证该测量方法的测量精度与效率。结果表明,该方法相比面扫描法测量效率提高了560倍,相比积分法计算速度提高两倍,可有效应用于高频换能器阵列的声场测量。     

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。     

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。     

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。     

弯曲圆盘换能器的振动特性及激光测量结果

１引言 对弯曲圆盘换能器,以往只研究它的基频振动［１］,很少关心它的其它振动模式。为了要研究激光测振,我们选用了弯曲圆盘换能器作为测试对象,不仅测量了它的基频振动,而且也测量了它的其它振动模式。为了要验正测量的正确性,因此我们用薄板振动理论来近似地计算它的振动模式［２］,并与测量结果进行比较。２．弯曲圆盘换能器振动特性的近似计算２．１周边钳定圆形薄板的振动 周边钳定圆形薄板的振动方程为边界条件为 位移等于零即 斜率等于零即式中Ｅ为板的杨氏模量;为板的密度;为泊松比;为权中心面上任何一点在垂直方向的位…     

高强度聚焦超声换能器的新型设计

采用高强度聚焦超声（HIFU）治疗局部肿瘤，如何增强对病变区域的辐照效果，而尽量减少对健康区域的辐照损伤是一个很重要的问题。文章基于目前常用的凹球面自聚焦换能器，提出了解决上述问题的方案，设计了新型的换能器，对其工作方式及声场特性进行了研究。结果表明：采用多换能器轮流发射的方式进行治疗是一种行之有效的解决方案。     

基于激光测振法的高强度超声声场测量

基于激光测振法对高强度聚焦超声换能器的辐射声场进行测量,与标准水听器测得的结果对比焦点处基波信号、二次谐波、三次谐波测得值基本一致,基波声压误差在10%以内,焦平面的声压分布基本一致。同时,基于多层介质阻抗传递法解决激光测振法中薄膜对声场测量的影响,计算不同频率下薄膜的声压透射系数。设计实验验证不同频率(1、5、10 MHz)下,激光测振法与标准水听器测量法得到的结果,结果表明通过声压透射系数对激光测振法测量结果进行修正可有效减小测量误差。     

超声换能器声场的激光可视化研究

为了提高超声检测的灵敏度和检测精度,优化检测工艺参数,充分了解超声换能器形成的声场至关重要。搭建了超声换能器声场的激光可视化实验平台,利用超声换能器在试样中激发出超声波,利用激光散斑接收试样表面某点在一段时间内的位移,再通过扫查获得一定区域内质点的位移,进而形成多时刻的质点位移场,以此实现超声场的动态显示。利用该系统对超声换能器声场的扩散情况进行了探测,探测结果与理论计算结果基本一致。     

基于近场声全息的重建算法分析与研究

针对声全息算法种类繁多及应用场合不同需求,通过有限元仿真和数值仿真相结合,对基于傅里叶变换、统计最优和等效源3种算法进行分析,寻找声源频率、重建距离、采样间距及正则化方法对重建精度的影响,并对其计算效率进行对比。在开阔水域进行实验验证。结果表明:随着声源频率增大,重建距离增加,采样点数减少,声全息算法的重建精度逐渐降低。在低频区域,结合L-曲线正则化法的统计最优近场声全息具有最佳的声场重建效果;基于等效源法的声全息重建精度最高,但容易产生虚像;基于傅里叶变换的声全息算法受重建距离影响严重,但重建速度优异,且声源定位准确。     

局部近场声全息的仿真与实验研究

声场的局部测量不能满足基于快速傅里叶变换近场声全息理论推导的前提条件，所以该方法无法实现局部声场的精确重建。统计最优近场声全息在空间域直接实现声场的重建，避免由于使用快速傅里叶变换而产生的各种误差。结合不同的正则化方法，研究了统计最优近场声全息对局部声场的重建效果，分析了重建面边缘区域以及中心区域误差对总误差的贡献。仿真与实验结果表明：统计最优近场声全息可以实现局部声场的精确重建，重建面边缘区域的误差大于中心区域的误差；正则化技术方面，基于Engl误差最小化原则的正则化参数选择法，使得Tikhonov正则化方法更为实用。     

建筑构件隔声量智能实验室测量系统的应用研究

针对传统建筑构件隔声量实验室测量方法,研制了基于物联网技术的隔声量智能实验室测量系统。通过引入无线测量方案,减少测量设备的使用,开发智能移动终端测量控制软件,满足建筑构件隔声量自动精准测量的要求,使得隔声测量更加智能和便利。实验测量结果表明:测量设备和测量系统满足JJF 1789—2020《隔声测量室校准规范》和GB/T 19889.3—2005《声学 建筑和建筑构件隔声测量 第3部分》的要求,可以实现建筑构件隔声量的精准快速测量,提高测量效率约1倍,通过不确定度分析得出隔声量的最佳不确定度为1.0dB。     

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。     

基于圆环阵列的声场仿真及校准实验

针对圆环阵列中声波多途效应难以消除的问题,提出了采用不等间距圆环阵列的方法破坏声波各径的相干性来降低旁瓣性能,减少边缘衍射反射的干扰。通过仿真验证不等间距圆环阵列能够有效降低聚焦波束旁瓣,并根据仿真结果设计最佳环形阵列结构。最后,在实验水池中对圆环阵列进行声场校准实验,分别利用脉冲波与连续波在4～8kHz频率下激励换能器阵列工作,结果表明采用脉冲正弦信号激励的方法可在有限空间内准确测量换能器的轴向声压的特性。     

一种计算消声室声压级的新方法

JJF 1147-2006《消声室和半消声室声学特性校准规范》给出了计算声压级的反平方率法,针对其出现的近场处声压级偏差较大的问题,将空气吸收的衰减部分纳入考虑,提出了一种加入空气吸收衰减因素,选取测量位置为1m处的实际声压级来计算消声室声压级的新方法。通过实验对比,此方法可以很好地改善上述现象,提高了校准精度。