使用辐射力天平的超声治疗换能器的电声特性测量方法研究

论述和规范了工作于200 kHz~10 MHz频率范围内的超声治疗换能器的基本电声特性和参数定义,诠释了它们的物理意义和相互关系,研究并提出了一套基于辐射力和有效面积测量的发射换能器的电声参数的测量方法。对平面活塞型、球面聚焦型和圆柱面聚焦型换能器实施了测量,给出了实测结果。     

浮力变化的量热法与辐射力天平法测量超声功率比较研究

辐射力天平法测量超声功率,一般只适合测量较小功率的平面波超声功率。根据介质吸收热量发生体积变化、浮力变化的原理,设计并实现了蓖麻油吸收靶,建立了采用天平的量热法超声功率测量装置,解决了传统量热法需精确测量温度场分布的问题。经与辐射力天平法装置的比较,验证了所建立超声功率测量装置的有效性,并将进一步推广至大功率、非平面波超声功率的测量。     

辐射力法测量超声功率的误差分析

辐射力法测量超声功率的误差分析白力军朱云（河北省计量测试研究所，石家庄市０５００５１）本文介绍了采用辐射力法测量毫瓦级超声功率的误差分析方法，对建立“医用超声源”计量标准进行误差分析具有实用价值。超声功率的测量方法很多，但国内计量部门超声功率的测量均...     

超声换能器的自易校准法及其在功率测量中的应用和它与辐射力法的关系(英文)

论述了电声互易原理和用于平面活塞型与球面聚焦换能器校准的自易法(Self Reciprocity Method,SRM)。介绍了一系列的定义和发送电压(电流)响应与电压灵敏度。阐述了SRM与辐射力天平(Radiation Force Balance,RFB)法之间的关系。在1~25 MHz频率范围内,对超声换能器校准和输出功率测量的实验显示,两种方法具有相近的准确度。SRM法比RFB法测量具有更高的信噪比和更好的稳定性。     

聚焦换能器离散发射阵列的辐射力计算

为了对医学超声中使用的聚焦换能器离散阵列的辐射力进行估算,文章中应用几何声学的方法,推导了聚焦换能器离散发射阵列超声作用于吸收靶上的辐射力公式,并分别给出了活塞阵元与聚焦阵元的辐射力公式。将该几何声学公式与瑞利积分结果比较显示,当声束倾斜角θi<30°,半孔径角α<15°时,误差不超过4.5%。这种结果说明了这种方法可以用来有效地估算离散阵列聚焦换能器的辐射力。     

超声功率测量现状及大功率超声测量研究进展

超声功率是超声设备的一项重要量化指标。本文首先介绍了目前国内外超声功率测量和国际比对现状,以及国内外有关大功率超声测量的研究水平。介绍新建立的大功率平面超声源和大功率聚焦超声源,测量并比较了几种吸收靶的吸声系数,利用研制的吸收靶对大功率平面超声源和大功率聚焦超声源进行了功率测量。实验表明,基于吸收靶的大功率超声测量是稳定的、可行的。     

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％。     

相控阵超声绝对声时法测量底面开口裂纹

针对工件内表面开口裂纹单面单侧定量检测困难的问题,采用相控阵超声绝对声时法(Absolute Arrival Time Technique,AATT)从单面单侧对不同厚度试块中的底面人工开口裂纹自身高度测量进行了数值仿真和实验,并对焊缝中的自然裂纹进行了AATT测量。对比AATT测量结果与常规衍射时差法超声检测(Time of Flight Diffraction,TOFD)测量结果并分析,发现AATT从单面单侧对底面开口裂纹进行定量测量可以达到与常规TOFD同样的测量精度。AATT操作简便,可单面单侧定量测量2 mm以上底面开口裂纹的自身高度。     

球面聚焦超声换能器的电声特性和测量方法的研究

研究介绍了圆形孔径的球面聚焦压电换能器的基本电声参数：输出声功率、辐射电导、电声效率、自由场发射电流(电压)响应、自由场电压灵敏度、有效面积、有效孔径、声焦距、声束宽度和阻抗(导纳)等电声特性及其测量方法,详细地论述了基于辐射力天平法和自易校准法的测量原理和方法,讨论了它们的内在联系。给出了换能器自易校准中的衍射修正系数和平均反射系数的公式、计算方法和系列数据图表。试验结果表明了测量原理和方法的合理性和可行性。     

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%。     

平面波超声功率测量的互易法与辐射力法实验比较研究

本文分别用互易法[1]和辐射力法对两个不同的平面超声换能器声功率进行实验测量。实验数据对比研究 表明:在实验所用的激励电压范围内,两种方法测量结果具有很好的一致性,互易法综合不确定度为±4.4%,辐射 力法综合不确定度为±6.9%。由于互易法具有使用设备简单、信噪比高以及受气泡和测量环境的影响小等优点, 有利于提高测量精度,适合于小功率测量,是超声功率测量的一种简单有效的新途径。     

超声相控阵全聚焦无损检测技术概述

超声相控阵全聚焦成像技术基于接收信号后处理的思想,对检测回波数据进行离线分析成像,是超声检测领域里的一项新技术。因其成像分辨率高、覆盖面广、对小缺陷灵敏度高等优势,在航空航天、高铁、石油管道、核电站等工业领域已有初步应用。文章介绍了全聚焦成像技术的检测原理及优缺点,介绍了其国内外发展历程,总结了研究热点及发展趋势。     

二维阵列换能器声辐射力分布的计算分析

利用角谱理论得到了圆形活塞换能器阵元组阵后作用在平面悬浮物体上的声辐射力分布公式。通过数值仿真,分析了换能器频率、阵元间距以及阵元数目对声辐射力分布的影响。计算结果表明,换能器组阵使得声辐射力分布的指向性变窄,强度增强;随着换能器频率的提高、阵元间距的增大以及阵元数目的增多,声辐射力分布的主瓣更尖锐,但阵元间距的增大会使声辐射力分布的旁瓣增高。为了改善声辐射力的空间分布,采用伪逆矩阵算法,以能量增益为目标函数,通过调节换能器阵元表面振动速度的幅值和相位来形成多焦点的声辐射力分布,为阵列换能器声辐射力分布的调控和声悬浮稳定性的研究提供帮助。     

超声阵列换能器设计及声场模拟

聚焦超声采用的聚焦方式有许多种,电子聚焦是其中之一,与其它聚焦方式相比,电子聚焦技术有很多优点,然而一些相互矛盾的条件对其设计有很大影响。通过用快速算法对阵元声场、以及频率对场的影响进行模拟,对阵列设计中的几个主要考虑方面进行了分析,提供了一般设计思路。采用伪逆矩阵算法,对变迹技术和多焦点技术进行计算机模拟,为焦域控制提供了新的思路,结果表明：将电子聚焦阵列换能器用于高强度聚焦超声治疗设备,比其它     

无参考Lamb波相控阵结构损伤监测成像方法

超声相控阵结构健康监测中通过计算差信号获取损伤散射信号的方法易受环境和结构变化的影响,针对这一问题,提出无参考信号的相控阵结构健康监测成像定位方法。采用窗函数截取散射信号,剔除直达波和边界反射信号。基于相控阵方法,对结构损伤状态时的传感器响应信号进行处理,无需结构健康状态时传感信号作为参考。该方法在碳纤维复合材料板结构上的实验研究证明,采用无参考信号的超声相控阵方法能够精确实时地监测并清晰表征结构损伤;同时,该方法可以大大缩短监测时间,且不受环境条件变化的影响,为该方法的工程化应用奠定基础。     

基于相控阵激光超声的裂纹衍射增强试验研究

针对超声衍射时差法(TOFD)存在检测精度较差、区域检测可靠性不够和信号信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)低等问题,提出了一种基于光纤皮秒激光器和高速旋转镜的相控阵激光超声裂纹检测方法。利用有限元方法模拟热弹机制,建立二维瞬态激光超声力-固耦合模型产生横波与纵波在缺陷处发生的衍射现象,分析了裂纹尖端不同奇异点、声波不同中心频率和相控阵激励源不同位置对声波衍射的影响,通过衍射信号的信噪比和位移幅值两个计算指标来分析变化规律,并进行了试验验证。结果表明:数值模拟与试验结果有较好的一致性,相控阵激光源较传统单束激光源对衍射信号幅值和信噪比有明显的增强作用,纵波衍射信号信噪比较理想;衍射信号幅值随裂纹尖端奇异点增加和声波中心频率减小而增大;信噪比随尖端奇异点增加而增大,随声波中心频率一定范围增加无明显变化,随激光源距离的增加呈现先增加后减小的趋势;缺陷定量分析时计算出的裂纹长度与实际裂纹的误差均不超过6.8%。     

FPGA超声相控阵高压发射精确延时设计

针对超声相控阵高压发射精确延时的关键技术,利用普通电压升压产生高压脉冲(负脉冲)发射,设计一种高压发射电路的精确延时电路.通过分析二极管高压钳位、相控阵发射聚焦、高压发射模块电路原理,应用FPGA软件聚焦方式改善发射电压、聚焦延时、上升脉冲等性能指标.FPGA仿真结果表明:钳位电路可对幅值为-100V的原始发射信号进行稳定钳位,发射脉冲上升时间＜10ns,可明显改善发射信号的精确性和准确度.