超声编码激励产生声辐射力的数值模拟

基于编码扩谱原理,在超声弹性成像技术中,提出用编码激励产生声辐射力的方法,分析其原理并建立了概率统计模型,研究编码激励在各向同性均匀介质中产生的超声剪切波的分布特性.数值仿真结果表明,用编码脉冲激励产生声辐射力的方法可提高系统的时间和频宽利用率,同时结合脉冲超声检测编码调制技术的支持,可减少对激励信号占空比的局限,提高声辐射的穿透力和回波信噪比.     

剪切波成像中剪切波速度变化规律 注：研究生论坛稿件

超声辐射力可激励组织产生单色波,其剪切波的传播速度与组织的剪切粘弹性是密切相关。目前通过剪切波速度反演各向同性剪切模量的研究,均是基于各向同性介质中剪切波传播速度恒定这一假设。研究表明,各向同性介质中剪切波的传播速度在剪切方向上并不恒定,不同的检测位置测得的速度不同,它与检测位置点当前的振动相位相关。剪切波的传播速度在剪切方向上呈现近似于正弦的变化规律。研究还表明,这种变化主要是由局部密度随着振动传播变化所引起的,并给出了剪切波传播速度以及局部密度变化的修正公式。为证明剪切波速度修正的必要性,将由未经修正的剪切波速度所得的剪切模量,与经过修正的剪切波速度所得的剪切模量进行了比较,误差下降了10%。     

超声振动测量的模型分析

基于Zener模型的超声振动检测方法可无损地定量测出材料或组织的剪切力学性质。其克服了Voigt模型不能描述应力松弛过程的局限性,能够准确地表达黏弹性介质的动态响应。基于Zener模型的本构关系和波动方程,推导出了基于此模型的剪切波传播速度公式,该公式将剪切波的相速度和介质的剪切力学性质关联了起来。在获得剪切波在多个频率上速度的前提下通过数学方法估计出介质的剪切模量。将凝胶模型和橡胶管作为实验对象,获得剪切波在两者中的传播速度,分别用Voigt模型和Zener模型对速度值进行拟合,结果均显示Zener模型更加适合于二者的描述,为材料检测和组织定征提供了更为准确的方法。     

采用PZT传感器激励和接收超声导波

采用PZT传感器在钢管中激励并接收超声导波,研究导波在管道中传播时的反射、透射现象。实验表明,利用斜探头可以在管道中激励和接收超声导波并可对管道中的缺陷进行检测。利用斜探头激励出的超声导波,具有环绕圆管传播的传播形式,该导波与缺陷相互作用而产生缺陷回波;当斜探头偏离缺陷所在母线成某一角度时,接收探头可接收到该缺陷的最大回波信号。     

超声辐射力脉冲技术分级量化肝纤维化的实验研究

肝纤维化是慢性肝病进展到肝硬化的中间阶段,肝纤维化不同分期的硬度量化具有重要的临床意义,但目前其弹性参数检测尚不准确。该文基于超声辐射力脉冲（ARFI）技术,提出一种对肝脏组织弹性系数进行量化的新方法。通过ARFI技术产生超声辐射力推动聚焦处组织产生微小纵向位移,获取激励前后的超声回波信号,采用累积相位互相关算法检测微小位移,评估其分级肝纤维化程度的可行性;再通过Voigt粘弹性模型建立特定声辐射力下弹性系数与组织受激产生应变的关系曲线,从而获得不同分期肝纤维化组织弹性系数的绝对值。对不同分期的兔子肝脏进行实验,结果表明如果采用单一辐射力获得的纵向位移进行分期结果不稳定,而应采用多种声强度和多种脉冲宽度的辐射力下的平均纵向位移。最终得到的肝纤维化不同分期的弹性系数为:F0:（11.95±1.91）kPa,F1:（13.28±1.89）kPa,F2:（15.40±1.98）kPa,F3:（16.83±2.01）kPa,F4:（18.52±2.28）kPa。实验结果实现了区分不同肝纤维化等级的兔子肝脏,并得到不同等级相对应的弹性参数值,为临床上肝纤维化的准确检查和诊断提供了新的方法和手段。     

二维Savitzky-Golay数字差分器剪切波弹性成像方法

提出一种新的剪切波弹性成像方法,将2D SG(Savitzky-Golay)数字差分器用于剪切波计算中,使用二维曲面拟合来近似剪切波波前到达时刻,该方法相比传统的线性回归方法不易受异常数据影响,鲁棒性更强.通过超声弹性仿体实验评估这两种方法,比较不同尺寸下的2D SG数字差分器和线性回归的剪切波弹性图.结果表明,在图像的横向分辨率相同的情况下,本研究方法得到的剪切波弹性图像更平滑,噪声更小,且剪切波弹性图像的信噪比和对比度噪声均比传统方法要高,表明该方法能提高剪切波弹性图像的质量.     

基于柱状多层介质模型的锚杆锚固质量声波检测理论正演研究

针对当前锚杆质量检测理论存在的一些问题,提出以柱状多层固体介质模型为基础研究声波在锚杆-锚固介质-围岩体系中的传播规律,并在该模型条件下进行了数值计算.结果表明,基于柱状多层介质模型的理论用于锚杆锚固质量检测是可行的,实际工作中可以利用其特征参数对锚杆锚固质量进行评价.对于锚杆长度,可以通过反射波旅行时间给予确定;对于水泥胶结情况,可以利用地层波的幅度变化和导波模式波（高频）的特征确定.     

固体火箭发动机药柱超声缺陷特征研究

通过对固体火箭发动机药柱材料黏弹性的分析决定了超声检测探头的最佳频率为1 MHz.采用双探头脉冲反射法,综合了穿透法和脉冲反射法的优点,实现了超声信号在固体火箭发动机药柱中传播时能量强衰减的情况下超声回波信号幅值的最优化.利用超声缺陷信号的时频域特征,较好地实现了该类型药柱的线性定量无损检测.     

基于导波的圆管横向裂纹检测的数值模拟与试验

研究圆管上的超声导波的裂纹几何尺寸与回波反射特征间的映射关系.首先,建立5组周向角度与径向深度的裂纹管道的有限元仿真模型,用脉冲-回波的方法模拟L(0,2)模态波对管道横向裂纹进行检测,提取其裂纹反射系数特征值;其次,搭建导波检测系统,加工3组周向裂纹的圆管试样,分别用单探头与4个探头进行裂纹检测试验.分析表明:试验与仿真分析得到缺陷尺寸对反射系数的影响趋势吻合;能够检测到1m以外的裂纹,轴向定位误差小于10%;裂纹回波的反射系数随着损伤程度的增大而增大.本研究为基于导波对管道横向裂纹的定位与识别提供了参考.     

黏弹性地基上变截面Timoshenko梁稳态谐振动分析

运用微分求积法研究了黏弹性地基上变截面Timoshenko梁横向稳态谐振动响应,分析了地基参数对梁位移和内力的影响.首先,基于Timoshenko梁理论,建立了黏弹性地基上变截面Timoshenko梁横向稳态谐振动的复变系数常微分方程组,然后基于微分求积法原理将梁的复变系数常微分方程组的两点边值问题转化为一组含复变系数的线性代数方程组求解问题.研究通过算例验证了所提方法分析梁横向稳态谐振动响应问题的可行性和精确性,同时,以黏弹性地基上变截面Timoshenko悬臂梁为例,定性分析了地基弹性系数、地基剪切系数及地基阻尼系数对Timoshenko梁位移与内力的影响.