感应式磁声成像声场正问题研究(一)——基于声压-速度耦合方程的声场模拟方法

感应式磁声成像是一种融合了传统电阻抗成像和超声成像的新的电阻抗成像技术。为了解决洛伦兹力在边界上的不连续性造成其散度存在奇异性的问题,本文推导了声压-速度耦合方程,从而不需对边界声源进行特殊处理。针对二层同心圆盘模型,采用四种不同激励形式,分别应用有限元方法和解析解计算了声场分布,研究了不同激励对于声压波形的影响。仿真结果验证了新方法的可靠性,揭示了声源机制和声场传播特性。     

感应式磁声成像声场正问题研究(三)——基于弱形式处理洛伦兹力散度声源的声场模拟方法

感应式磁声成像是一种新的电阻抗成像方法。针对声场正问题,本文提出一种基于弱形式的新方法,可以解决边界面处洛伦兹力不连续引起的洛伦兹力散度奇异性问题。由于新方法无需针对边界面进行特殊处理,使得方法更加简便易行。针对两层同心球模型,在均匀垂直静态磁场和脉冲磁场激励下,导出了声波方程对应的弱形式,仿真结果验证了方法的有效性。本文的研究工作可以为实验平台的搭建和设计提供理论参考。     

感应式磁声医用成像技术及其实验系统的研究

感应式磁声医用成像技术是近两年有关学者提出的一种新的医学成像技术,它在保留传统超声成像优势的前提下,采用脉冲磁场对人体组织激发超声波的新方法,用以弥补传统超声成像的缺陷,提高时患者病情的诊断效果。它是一种具有应用前景并值得研究和探索的成像方法。本文在介绍它的工作原理的基础上,对其实验系统的设计方案进行了研究。     

基于矩阵模型的感应式磁声重建算法

感应式磁声成像(MAT-MI)是一种融合磁感应技术和超声断层扫描技术的新型生物电阻抗成像方法,兼具电阻抗功能成像和超声技术高空间分辨率的优点.目前针对声源重建大都采用时间反转法,该方法存在的问题有:求导数后对数据噪声有放大作用;声压的边缘Gibbs效应导致重建图像的伪影重等.为此,本文对已有的格林函数积分解进行离散,提出一种矩阵投影格式,并在此基础上提出一种迭代求解的算法.为了验证新方法的正确性,我们使用电导率具有空间分布3Dphantom模型进行了数值模拟并获得了不同截面处的声压波形.最后使用本文提出的方法由获得的声压重建得到了高精度的声源分布和电导率分布.     

注入电流式磁声成像的实验研究

磁声成像技术结合了超声成像和电阻抗成像的优点,是一种高分辨率、高对比度的新型无损功能性医学成像技术,能够实现对人体疾病的早期诊断.本文对注入电流式磁声成像方法进行实验研究,建立了注入电流式磁声成像实验装置,以金属铜环作为目标,将其置于静磁场中并加载脉冲电流,对磁声耦合作用下产生的声信号进行检测和分析.利用所检测到的声信号重建铜环模型的声源分布图像,重建的声源分布图像能够反映成像样品的电导率分布.所进行的研究证明,注入式磁声成像能够获取被成像样品的电导率分布特征,研究结果为该方法用于复杂电导率分布模型成像以及以后真实组织成像的研究奠定了基础.     

基于非晶态合金的感应式磁敏传感器的研究

通过对基于非晶态合金为磁芯的感应式磁敏传感器的结构、原理、检测电路及所研制的磁敏传感器的频率补偿的研究 ,优化了设计参数、改善了传感器的灵敏度和频率特性 ,使其满足了混场源勘探的需要。     

基于偏振分束的磁光成像技术研究

针对现有磁光成像技术的测量结果难以量化且受光源波动影响较大的问题,提出了一种基于偏振分束的磁光成像新方法.根据偏振光的琼斯矢量描述方法推导出偏振分束法测量旋光角度的模型,并由此模型分析得出,从旋光物质出射的偏振光经偏振分束装置后输出的平行分量和垂直分量进行“差除和”的结果与入射光强无关,只和旋光角度值相关;由此原理,设计了基于CCD的检测平台,对旋光角度场进行了测量实验,又采用归一化互相关和“差除和”算法对测量图像进行了处理;最后,进行了基于该方法的磁光成像应用实验研究.实验结果表明,与传统磁场成像方法相比,该方法操作简单,结果易于量化,不受光强波动影响,误差降低约3倍,且稳定性较好.     

一种基于磁声电相互耦合的神经电流检测方法

提出了一种基于磁声电相互耦合的神经电流检测方法.对溶液、凝胶和生物组织外加一个恒稳磁场和一个交变电场,两者耦合产生洛仑兹力.变化的洛仑兹力使媒质中的离子发生振动,这个振动可由外部的声传感器灵敏而无创地检测到.对模拟的神经进行检测,实验结果显示本方案取得很好的效果,在此基础上可以进一步以磁声电耦合方式实现生物组织电阻抗特性或神经电传导能力的评估.     

基于负折射率声透镜的亚波长分辨率光声实时成像方法

基于负折射率材料的信号处理技术为光声图像的研究提供了新的思路。光声成像是一种全新的非破坏性生物光子技术,是一种基于生物组织内光吸收差异的成像方法。然而,当前的光声成像方法主要依靠传感器扫描工作,而传感器阵列有其固有的缺点,导致实时性较差,因此,普通的光声成像方式具有一定的局限性。但是,利用具有负折射率的声透镜特性(如聚焦、滤波、定向等)构成的成像方式可以解决普通光声成像中的这些局限性问题。本文在对负折射率声透镜的负质量响应和负折射率成像进行优势分析后,提出了利用声透镜改变当前扫描成像的方法。模拟分析实验结果表明,所设计的声透镜直接成像方案达到了预期效果,透镜成像后像点的声压分布与吸收体原始的声压分布基本一致。此外,0.6倍波长的实验图像结果说明本文实现了亚波长的光声成像效果。     

基于DSP的磁致伸缩传感器位移测量研究

高分辨力时间量检测是磁致伸缩位移传感器实现高准确度测量的关键技术之一.利用TM320LF2407 DSP的捕获功能实现高分辨力时间量检测,介绍了整个系统的组成原理和软硬件设计,获得了理想的测量结果.     

基于漏磁成像的焊缝缺陷检测可视化方法研究

针对传统的基于漏磁信号识别方法的局限性,以焊缝缺陷的漏磁图像为研究对象,提出了一种新的基于数学形态学的焊缝缺陷的边缘提取方法,对焊缝与缺陷的识别、缺陷定位等方面进行了深入研究,实现了对焊缝缺陷的可视化图像显示。首先利用所设计的新型磁化系统,对实验板上焊缝不同区域分布的矩形槽缺陷进行了连续非接触漏磁扫描,获取了其三维漏磁信号分布图。然后将其转化为二维灰度图形,利用构造的一种数学形态学优化边缘提取算法对灰度图形进行边缘检测。结果表明,根据边缘检测结果的轮廓图,可直观化缺陷形态、位置等信息,定位精度达到96.67%。该方法能较准确地提取漏磁信号图像的焊缝和缺陷边界,实现二者的有效分离,具有良好的适应性和实用性。     

超磁致伸缩微位移执行器控制方法的研究

超磁致伸缩材料是近年来发展起来的一种新型功能材料。在分析了超磁致伸缩材料的驱动原理 ,并给出了它的两种驱动结构形式的基础上 ,对采用电流和磁感应强度做为控制量的两种控制方法进行了对比分析和实验研究 ,得出了基于磁感应强度的控制方法可提高超磁致伸缩微位移执行器的线性度和控制精度、减小迟滞的结论。     

基于Preisach模型的磁致伸缩位移传感器迟滞补偿方法

迟滞是磁致伸缩位移传感器测量误差的主要来源之一,减小迟滞可以显著提高传感器的测量精度.根据铁磁材料的磁滞特性分析了位移迟滞的形成过程.针对磁致伸缩位移传感器在短行程中仍存在较大迟滞的问题,将传感器整体视为迟滞系统并通过Preisach模型描述其输入输出关系,然后在此基础上提出了一种软件层面上的迟滞补偿方法,将迟滞曲线分...     

基于压缩感知的多角度观测光声成像方法

在光声成像过程中,由于各种限制因素,往往只能完成有限角度的信号采集.采集到的不完备的信号会在图像重构过程中产生伪迹现象,丢失细节信息.基于光声图像的稀疏特性,提出了基于压缩感知的光声成像算法.该方法通过2个单阵元超声探测器成角度采集光声信号,然后基于压缩感知重构算法进行光声图像重建并进行融合处理.仿真证明采用多个角度观测,选用合适的探头分布角度和测量矩阵可以有效弥补远场成像分辨率和减少测量次数,消除光声图像的伪迹现象,最终实现以较少的数据量和较简单的硬件设备实现高分辨率光声成像.     

基于栈式自编码器的磁探测电阻抗成像算法研究

针对目前磁探测电阻抗成像算法图像重建分辨率不高、精确度低的问题,提出了一种基于栈式自编码(SAE)神经网络的磁探测电阻抗成像算法。使用方形成像体进行仿真实验,通过训练样本建立SAE神经网络模型,确定神经元权重和偏置值。利用该网络模型重建成像体内部的电导率分布;并在异质体中心位置、算法的抗噪性能等方面将重建结果与基于Levenberg-Marquardt算法的反向传播神经网络的重建结果进行对比。结果表明栈式自编码神经网络算法显著提高了磁探测电阻抗成像的重建精度、抗噪性能。最后,通过仿体实验验证了SAE算法的可行性。根据实际测得的磁场,使用神经网络算法重建电导率,准确定位异质体位置。SAE神经网络算法的提出对于磁探测电阻抗成像技术的广泛应用具有重要意义。     

基于K空间伪谱法的经颅磁声电刺激感应电场聚焦特性仿真研究

经颅磁声电刺激利用超声与静磁场耦合作用产生的感应电场调节相应脑区神经元放电活动,感应电场的聚焦特性直接影响其调控效果的优劣.现有的有限差分法或有限元法在高频波时域模型求解时计算效率有待提升.本文利用基于快速傅里叶变换的K空间伪谱法,将傅里叶级数拟合到网格每一行的数据中,求解经颅磁声电刺激下的感应电场分布,讨论换能器结构...     

基于超磁致伸缩材料微位移驱动器的原理及实验研究

文章分析了超磁致伸缩材料的特性和驱动原理,在此基础上自行研制了超磁致伸缩微位移驱动器,并设计了测控系统。经实验获得该驱动器偏置电流、预压力和静态位移输出等性能参数,结果表明驱动器性能达到精密定位控制的要求,为研制精密加工部件奠定基础。     

基于全向型S_0模态磁致伸缩传感器的无参考缺陷成像方法研究

Lamb波具有传播距离远、衰减小等优点,能在板结构中实现大范围、高效率的损伤检测和监测,在无损检测和结构健康监测领域具有极大的应用潜力。针对板结构大范围健康监测问题,为了能周向一致地激励出模态单一Lamb波S0模态,提高缺陷成像能力,基于磁致伸缩效应,设计并制作一种全向型S0模态磁致伸缩传感器,由印刷电路板线圈,圆柱磁铁,圆形镍片组成。试验验证研制的传感器能够在铝板中有效激励出单一的S0模态,并测试其频率响应特性以及全向性,结果表明设计传感器中心频率为365 k Hz,并具有较好的全向性。进一步利用研制的全向型S0模态磁致伸缩型传感器组成稀疏传感器阵列。采用自激自收的方式对铝板结构中缺陷进行检测。利用离散圆弧成像与数据融合算法相结合的方法对多组数据进行处理,消除常规的稀疏传感器阵列成像时对结构健康状况下的信号依赖,无需健康状况下的信号作为参考,实现了在板结构中缺陷的定位和成像。     

基于二维延时叠加的激光诱导声表面波成像研究

激光诱导声表面波损伤成像是激光超声无损检测的难点之一,存在成像分辨率低、成像效果差、设备要求高等问题.针对这些问题,提出采用二维延时叠加成像算法提高成像质量.首先通过实验和仿真手段对激光超声扫描过程中产生的多种信号进行系统的分析,以此为基础改进激光诱导声表面波的成像算法.本文设置具有深度梯度的矩形裂纹缺陷和圆形缺陷,通...     

基于不同相控聚焦模式的非线性超声阵列成像方法研究

发展一种用于缺陷定位的非线性超声阵列成像方法。研究聚焦声场的时间-空间传播特点以及形成扩散声场的条件,分析并行聚焦和顺序聚焦的扩散声场声动能与非线性效应的关系,提出利用超声阵列在两种聚焦模式下激励带宽内(基波)声动能差值表征的非线性超声成像方法。进一步研究时延及时间窗宽对两种检测模式的扩散声动能及非线性成像的影响,优化出有效的非线性成像参数。结果表明:时延的选择对成像结果影响较大,时间窗宽的选择对成像结果影响较小;在一定时延范围内,均可以形成稳定的扩散声场,在该时延范围内可以较好实现微裂纹检测。利用提出的非线性超声阵列成像方法很好地实现了结构中微裂纹检测及成像。