点聚焦超声辐照下液体中的声场和声化学场分布

通过数值模拟和实验分别研究了点聚焦超声换能器在液体中直接辐照和间接辐照时产生的声场和声化学场分布。研究结果表明,在直接辐照时,数值模拟得到的液体中声压较大位置与声化学反应场位置相一致:在聚焦超声焦点处及液体表面附近。当使用间接辐照时,焦点处声压减小,在试管底与超声换能器之间形成驻波。为了增加间接辐照时容器内的声压,实验使用底端贴有薄膜的双通试管,通过计算机模拟和实验证明在该情况下,容器内声压,特别是容器焦点处声压和声化学反应场有所增强。     

多阵元合成孔径聚焦超声成像研究

对多阵元合成孔径聚焦超声成像进行了全面的研究.根据声场的辐射理论推导了多阵元孔径的声压分布,并分别对单阵元、多阵元聚焦和多阵元非聚焦的声场和缺陷响应进行了仿真,发现多阵元非聚焦的声场更适合于合成孔径聚焦超声成像,并根据这个原则进行了成像实验,结果表明在远场情况下,多阵元合成孔径聚焦超声成像可以获得比单阵元合成孔径聚焦成像更高的成像质量和分辨力.     

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...     

超声驻波悬浮特性仿真研究

为了研究驻波悬浮器参数对声悬浮能力大小的影响,使用多物理场有限元仿真软件COMSOL Multiphysics,对驻波声场进行仿真.通过改变谐振腔长度来影响驻波形成条件,得出驻波声压随谐振腔长度的变化关系;在特定超声频率及振幅下,通过控制超声换能器及反射面的尺寸,得到声压随悬浮器尺寸改变的曲线,从而获得最佳悬浮效果所需的模型参数;使用粒子追踪模块,仿真粒子在声场中的悬浮情况,并以可视化方式展示结果,反映出粒子悬浮位置与声压分布的关系.     

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.     

应用匹配场实现单矢量水听器的三维定位

将匹配场原理应用到单矢量水听器上实现声源的三维定位,根据声压、质点振速表达式进行推导,获得Bartlett相关表达式并进行分析和仿真。对仿真结果进行分析后指出:声压方法可以获得距离、深度估计,但无法区分角度;声压、轴向振速、法向振速组合可以区分角度并且分辨左右弦,但是同声压方法相比,距离深度分辨严重下降;而垂直振速、轴向振速、法向振速组合可以区分角度并且分辨左右弦,并且在距离、深度上比声压方法稍有提高。所以在单矢量水听器下,为了同时获得距离、深度、角度的估计,需要应用垂直振速、轴向振速、法向振速组合方法。     

水浸聚焦探头声束轴线声场的编程计算

运用菲涅尔环带法,建立了计算水浸聚焦声束轴线上的声压分布的数学模型,按照这一数学模型编程计算的声束轴线上的声压分布规律与实测结果相符合。     

聚焦超声清洗机的仿真设计与实验研究

目前,超声清洗机通常是将一组换能器排布于平面式清洗槽底部,但用此方法会形成驻波现象,不利于超声清洗。文章提出了一种球面式聚焦超声清洗的方法,与普通超声清洗相比,该方法提高了超声清洗的效率。文章采用有限元COMSOL Multiphysics软件对清洗机内声场进行分析,得到三维模型内声压的分布情况;研制了聚焦超声清洗机,并通过薄膜腐蚀实验验证了清洗机内的声压分布情况;通过对比试验发现,聚焦超声清洗油污的速度比普通超声清洗提高了77.27%。通过薄膜腐蚀实验和超声清洗实验可知,聚焦超声清洗机内声场分布均匀,且声场内存在能量聚焦区域,清洗速率高于普通超声清洗机。     

基于有限元法的水声构件声性能预报

对水声构件的声性能进行有限元仿真研究,是因为水声构件的声性能不仅由材料本身的物理参数所决定,而且与其内部空腔形状与分布有关。通过反射波与入射波形成的驻波场声压可以直接计算出水声构件的吸声系数。对多种样品进行仿真与测量,两者结果较为一致。该法不受模型结构复杂性的限制,具有费时少、精度高的特点,为消声瓦等水声构件的声性能预报提供了保证。是预报水声构件声性能的一种便捷工具。     

聚焦超声的辐射力计算与高强度聚焦超声功率测量实验

研究聚焦超声场的辐射力计算。应用几何声学方法,推导了聚焦超声作用于测试靶上的辐射力通用公式,讨论了全反射靶和全吸收靶上的辐射力。最后给出了应用辐射力法测量高强度聚焦超声装置的声功率的实例,其结果与良热法测得的声功率接近,偏差不大于3%。     

中高频段下的粘弹性材料声学参数测量

为了实现粘弹性材料在高频段上的声学参数测量,提出一种自由场测量方法,通过测量目标的水下散射声场指向性,计算目标散射场声压的前几阶勒让德系数,建立以目标的材料声学参数为变量的数学模型,并运用遗传算法进行参数反演.仿真结果表明以铝球的杨氏模量(E)为例,不存在声场误差的情况下反演精度可达0.0014%,铝球散射场的实验数据也提供了较高的参数反演精度.将此方法应用于中高频段上某种成分的粘弹性材料参数测量,成功地获取了其在此频段上的声学参数.提高目标散射场的测量精度有利于目标材料反演精度的提高.此方法避免了对声压相位的测量,减少了影响精度的因素.     

基于光纤矢量水听器的浅海噪声矢量场特性研究

基于简正波理论分析了浅海噪声矢量场声压和质点振速的强度特性,仿真了浅海声压和质点振速的噪声强度在深度和频率上的变化特性,噪声矢量场强度特性仿真结果与实验测量结果一致。针对声场测量的有效性,给出了加速度通道自噪声谱级和灵敏度必须满足的关系式,并提出了降低自噪声对接收系统影响的两种措施。最后分析并对比了系统自噪声谱级和海洋环境噪声谱级,结果表明,声压通道的自噪声比环境噪声谱级低20 d B左右,Y通道和Z通道的自噪声比环境噪声低3.5 d B以上,X通道的自噪声谱级在200 Hz附近与环境噪声谱级最为接近,约比环境噪声低1.5 d B。     

高频聚焦球冠阵焦平面声场分布

1引言高强度聚焦超声技术(HIFU)已被当作一种无损的、有效的局部高温肿瘤治疗新技术来研究。其中对声场分布特性的研究是关键的内容。本文给出了球冠阵声压计算的方程,设计制作了36元自聚焦球冠阵,并比较了焦平面声场的理论计算和实测结果,两者在主瓣上吻合较好。     

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。     

统计最优球面近场声全息在噪声源识别中的应用

提出了统计最优球面近场声全息理论,它通过空间域中全息球面上复声压的线性叠加来计算重建球面上的复声压和微粒振速,并且运用波场的叠加原理来获得线性叠加的系数矩阵.数值仿真的结果证明了统计最优球面近场声全息在球形声源定位中的有效性、可行性和优越性.     

超声聚焦换能器的近场声束

本文利用轴上声压分布计算了具有圆形截面球面聚焦超声换能器的近场声束宽 度，获得了束宽表达式。文中给出了各种频率下不同曲率半径、不同开口半径时的 束宽曲线。同时给出了具有矩形截面的球面聚焦换能器的各种束宽曲线。为研制超 声断层成像装置提供了理论参数。     

聚焦超声的辐射力计算与高强度聚焦超声功率测量实验

本文研究聚焦超声场的辐射力计算，应用几何声学方法，推导了聚焦超声作用于测试靶上的辐射力的通用公式，讨论全反射靶和全吸收靶上的辐射力，最后给出了应用辐射力法测量高强度聚焦超声装置的声功率的实例，其结果与量热法测量的声功率接近，偏差不大于３％。     

指数型旋转辐射体近场声悬浮系统的声场分析

0引言如何产生足够大的悬浮力是近场声悬浮一个关键问题。本文受到聚焦超声悬浮的启示[1、2],将近场声悬浮系统中的圆盘辐射体用指数型旋转辐射体取代,并建立了其有限元二维模型[3],对其进行了理论分析和计算,并对圆盘及指数型旋转辐射体的辐射声压做了一番比较,发现了当使用后者时,声悬浮的悬浮力有一定的提高。     

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...     

有限元法仿真LIPUS照射骨细胞的局部声场分布

低强度脉冲超声(Low-Intensity Pulsed Ultrasound,LIPUS)作为一种可用于治疗骨病的潜在物理疗法,可以有效避免药物的不良反应,且具有无创伤、无电离辐射等优点,因而有着广阔的应用前景。应用有限元法(Finite Element Method,FEM)仿真研究LIPUS照射骨细胞时的局部声场分布,从微观角度探究骨细胞与声场间的相互作用以及各超声参数和照射位置对于声场分布的影响。首先建立了骨细胞模型,然后在不同位置施加超声激励并改变超声的激励声压与频率,计算不同情况下的声场分布,最后对仿真结果进行综合分析与比较。结果表明,骨细胞会在一定程度上影响声场的分布,且超声的各个参数及照射位置均对声场有一定的影响。仿真结果从声压与能量的角度阐述了LIPUS治疗骨病的潜在物理机制,另一方面也为离体细胞实验中LIPUS的参数筛选和照射方式提供理论参考。