聚焦换能器的研制和在超声特征成像中的应用

为了提高对层状复合金属材料缺陷的成像分辨率,需要用高灵敏度的聚焦换能器.针对我们研制的(F-San)全自动超声特征成像系统,用钛酸铅做压电晶片,不同颗粒度的钨粉做声透镜和背衬的主要材料,研制了主频为10～20MHz宽带窄脉冲聚焦换能器,并用光学法拍摄了主频为10MHz的换能器的超声波声场在水中的聚焦过程及焦斑大小.在对层状复合金属材料检测时,缺陷的成像分辨率达0.5 mm.     

基于工业机器人的超声换能器回波自动测量系统设计

针对医用超声换能器回波测量中存在的自动化水平低、测试人员主观判断对结果产生很大影响等问题,基于工业机器人设计了一套超声换能器回波自动测量系统。详细阐述了回波自动测量系统设计思路,对系统构建的关键——自动对位功能的实现方案进行了对比分析,在Matlab环境中开发了完整的参数设置、自动对位和回波采集与处理程序,对自动对位算法进行了详细描述。试验结果表明该系统达到了设计指标,灵敏度测量的偏移系数小于0.5%,能够满足日常工作中的测试需要。本工作为医用超声换能器研发、生产全流程的智能制造打下了良好的基础。     

基于声异常透射效应的高强度聚焦超声换能器

高强度聚焦超声（High intensity focused ultrasound,HIFU）作为一种新型无创的外科技术已在临床上应用于各种良恶性实体肿瘤治疗。为了实现安全高效的肿瘤治疗,HIFU换能器的聚焦效率仍然有待提高。本文综述了声异常透射效应的基本原理,以及近期利用声异常透射效应的HIFU聚焦超声换能器的研究。主要涉及两个方面的工作：（1）将声人工结构引入凹面型声透镜的设计,设计并制作了声超常透镜,对声透镜式聚焦换能器进行改进,达到了降低旁瓣的效果,从而提高了HIFU治疗的安全性;（2）基于球弧周期槽阵列设计并制作了超构聚焦换能器,以增强HIFU换能器聚焦效率。从理论及实验两方面研究了超构聚焦换能器与传统凹面换能器的声压分布和在组织中产生的温升。本文研究结果可进一步促进HIFU在临床治疗的广泛应用。     

超声换能器发射激励能量利用率的研究

在全数字化B超或者是彩色B超当中前级收发电路和回波的质量直接影响到整个产品的性能;而超声换能器发射激励的不同更大程度上决定了超声图像的质量.在试验中发现利用双极性发射,3.5 M探头回波信号的峰峰值达到了1 V,而单极性的回波信号只有500 mV左右;这说明了不同发射激励对图像质量有很大的影响,而双极性发射方式的能量利用率最高,可以有效地控制发射频率,从而使变频等效果明显的显现出来,能够提高回波信号的质量.     

粘接层对PVDF换能器性能影响研究

环氧树脂作为聚偏氟乙烯(PVDF)膜与背衬之间的粘接层将会影响换能器的性能.采用52 μm厚的PVDF压电薄膜制作换能器,以EPO-TEK 301环氧树脂和铜分别作为粘接材料和背衬.通过阻抗分析仪和脉冲回波测试得到PVDF薄膜和换能器的压电性能,并与KLM等效模型的仿真结果进行比较,实验结果与仿真结果基本一致.研究结果表明:随着粘接层厚度的增加,换能器的灵敏度和中心频率将会降低,因此,在PVDF换能器设计制作过程中需合理控制粘接层的厚度.     

空化效应对高强度聚焦超声产生的组织损伤的影响

高强度聚焦超声（High intensity focused ultrasound,HIFU）已在临床治疗肿瘤领域展示了较好的应用前景,但目前的治疗计划中未考虑空化效应的影响。本文通过离体实验研究了空化效应对HIFU治疗中组织损伤形成的影响。首先采用KZK非线性方程和Pennes生物传热模型,在理论上模拟了不同超声激励参数的HIFU热效应产生的组织损伤。然后在实验中改变脉冲长度和声压,比较了实验和理论上产生的损伤形成。最后采用B型成像系统定量监测产生的声空化,从而定量分析空化效应对损伤形成的影响,为HIFU治疗策略的设计提供更好的指导。     

基于内窥超声环阵换能器的快速成像方法研究

随着超声快速成像技术的发展,诞生了一系列新型超声成像模态,大大提高了病变诊断的准 确性和特异性。但这些新技术都需要较高的成像帧率来实现对组织瞬时变化的精确追踪。然而目前已 有的几种快速成像算法都是基于线阵、凸阵以及平面阵的,还没有完全应用到内窥环阵换能器上,导 致这些新技术还无法很好地应用到内窥成像中。为此,该文研究了 3 种基于内窥超声环阵换能器的快 速成像方法,并进行了图像重建的理论推导以及仿真实验验证。结果表明,3 种快速成像算法都可以 将成像帧率提高到 1 kHz 以上,同时将横向分辨率限制在 2 mm 以内。     

基于超声散射回波分析的测温方法研究

利用B超和计算机设计一套实验装置，观察高强度聚焦超声（HIFU）击打离体猪肌肉组织后组织内温度的变化。实验结果表明：（1）组织温度变化时其散射的超声回波幅值发生变化，超声散射回波的小波变换系数也发生变化；（2）超声散射回波的幅值变化和组织温度变化的关系与超声散射回波的小波变换系数变化和组织温度变化的关系相同；（3）生物组织温度在37～600C间．超声散射回波的幅值和超声散射回波的小波变换系数随温度上升而增大；生物组织温度在60-800C间，超声散射回波的幅值和超声散射回波的小波变换系数变化与温度变化没有确定的关系。     

智能超声波位移测量仪的研究

介绍了智能超声波位移测量仪的工作原理和结构,并对该仪器性能进行了实验测试和误差分析,它具有测量精度高、反应速度快、使用方便等特点。     

几种超声位移检测用电容换能器的设计

介绍了3种用于检测超声波与声振动位移信号的电容换能器,可较灵敏地测试宽声带发射瞬态信号,具有简易的结构,尤其适合在实验室条件下对试样作测试。     

基于Web的实时数据监测系统的研究与实践

针对目前各类工业生产监测系统要求实时性强、不受区域范围限制、维护方便等的需要,提出一种基于Web的,以Ajax、SVG为核心技术的实时数据监测系统设计方案.该方案应用Ajax开源框架DWR提高了实时监测数据获取的速度,并利用SVG可动态显示图形以及支持用户交互的特点解决了在web上实时显示监测数据变化趋势曲线、单击数据点获取数据值以及数据变化趋势曲线历史回放等关键问题.基于该方案设计开发的金属腐蚀监测系统的应用结果表明该方案可提高基于Web的实时数据监测系统的实时性与灵活性.     

基于Web的远程实时监测框架

通过对Web特性分析,结合目前流行Applet,JavaSerlpt,JSP/Servlet等Web技术,提出了一种新的基于Web的远程实时监测框架,并对该框架在实现中需要解决的关键技术进行了探讨,同时将该框架与其他框架在可移植性、实时性,复杂性等方面进行了比较.     

电磁超声换能器优化设计与板状结构损伤成像应用研究

提出了一种用于板状结构损伤成像的虚拟电磁超声换能器EMAT(Electromagnetic Acoustic Transducer)阵列.由螺旋线圈和圆柱形永磁铁组成的电磁超声换能器可以通过洛伦兹力在铝板中有效地激发低频散和高幅值的单一S0模态兰姆波.实验研究了电磁超声换能器配置参数(如激发频率,螺旋线圈外径、螺旋线圈内径和提离距离)对S0模态兰姆波性能的影响.另外,将接收电磁超声换能器移动到用于接收兰姆波的多个预定义位置来构建虚拟传感器阵列,实验研究了阵元间距和阵元数量对成像结果的影响.结果表明,通过相控虚拟聚焦成像方法,虚拟电磁超声换能器阵列的成像结果与实际损伤位置吻合良好.     

基于ARM和VxWorks的轨边实时监测系统

论述了在基于S3C44BOX的ARM处理器和嵌入式实时操作系统VxWorks开发平台上实现轨边实时监测系统的设计方法.首先介绍了系统组成及硬件接口,接着介绍了系统的软件部分,包括S3C44BOX软件设计和上位机软件设计,最后进行了系统的性能分析.     

基于主动超声探测的空化实时在线监测系统

空化是水力机械普遍面临的问题,可导致水力机械效率降低以及材料的剥蚀等问题,因此设计了一种基于主动超声探测的空化实时在线监测系统.系统硬件上以OMAP处理器为核心,分为采集-处理-通信、超声换能器驱动、信号调理三个模块,软件上移植了VxWorks操作系统并简化了基于DSPLINK的双核通信以保证实时性.以uboot替代Boot ROM引导Vx-Works和DSP算法,增强了可维护性,并利用其分析离线调试信息,增加了调试手段.系统实时性强,工程安装方便,扩展灵活,可广泛应用于水力机械的监测与维护.     

基于横向场激励的高频压电超声换能器

介绍了一种基于横向场激励模式的高频压电超声换能器及其设计、分析和制作过程。采用扩展的Christoffel-Bech-mann方法对LiNbO3、LiTaO3和PMN-33PT三种不同压电材料的a模式横向场压电耦合系数进行了计算,发现这三种材料中LiNbO3具有最大的LFE a模式压电耦合系数,为28%。采用具有最大压电耦合系数的X切LiNbO3设计并制作了基于横向场激励的高频超声换能器,并采用传统的Pulse-Echo方法测试了该超声换能器的中心频率和带宽。实验测得该LFE高频超声换能器的中心频率为34MHz,-6dB带宽为14.4%。从理论和实验上证明了横向场激励模式可以应用于高频超声换能器。     

基于压电复合材料的二维面阵超声换能器性能研究

采用锆钛酸铅陶瓷基环氧树脂1—3复合压电材料,制作了一种64(8×8)阵元二维面阵超声换能器,并对其进行性能研究.实验测试表明:二维面阵超声换能器一致性良好,回波带宽为40.8％,中心频率为5.0 MHz,与理论设计的3.5 MHz中心频率保持基本一致.对二维面阵超声换能器的声场进行仿真模拟和表征,验证了该超声换能器产...     

气介超声换能器声匹配的应用

通过声传播透过率的分析,指出以往换能器的发射、接收效率不高的原因,提出一种在不改变原设计的基础上,可以提高换能器发射、接收效率的有效方法.文中还给出了应用的实际效果.     

基于Halbach原理的电磁超声换能器永磁铁设计

在实际应用中,电磁超声换能器（electromagnetic acoustic transducer,EMAT）的转换效率低是一个普遍存在的问题,如何提高其检测效率是研究的重点。为了提高接收信号的幅度,对比了两种永久磁铁结构,选定了一种基于Halbach阵列的永磁铁的新型结构模型。对磁铁的提离距离做了仿真分析与实验研究,得出最合适的提离距离为2mm。通过理论计算与有限元方法的大量仿真与结构优化,验证了其结构的可行性与有效性。结果表明,新型EMAT结构能够有效提高接收信号的幅度,信噪比大约是传统EMAT结构的1.9倍。     

基于广域网的数据实时监测平台研究

分析了建立基于广域网的数据实时监测平台的必要性,介绍了系统组建过程中常用的技术和方法,并作了详细对比。通过实例说明系统的组建过程以及实现了那些功能。数据实时监测平台投运以来,不仅给生产过程高效运行提供了指导方案,而且为公司管理层提供了有力的决策依据,控制了投资风险。经实践证明该系统稳定可靠,具有较好的推广应用价值。