二维磁场激励下磁纳米粒子磁化谐波信息分布

提出了二维磁场激励下磁纳米粒子(MNPs)的谐波分布模型,分析了特征参数对磁化响应谐波分布的影响.首先,基于郎之万顺磁定理构建了二维磁场激励下的MNPs非线性磁化响应谐波分布模型;然后系统研究了平行/垂直磁场激励下的磁化响应谐波信息分布特征,以及MNPs物理特征参数和系统参数对谐波信息分布的影响.结果表明:二维磁场激励下,x轴和y轴上的磁化响应奇次谐波和偶次谐波自然分离,直流磁场对磁化谐波幅值具有调控作用,且存在最值点,可为磁纳米温度计中的高精度谐波提取和优化设计提供依据.     

基于磁致边界振动希尔伯特变换的电导率重建简化算法

磁声成像是一种结合电阻抗成像和超声成像优点的多物理场耦合新型成像方法,能实现组织的电阻抗对比成像,重建组织内部电阻抗分布的边界.本研究首先利用强指向性换能器来提高磁致振动检测的方向精确性,通过磁声声压导数实现边界振动声源法向声压的提取;然后从换能器的接收声压出发,利用三维空间的格林函数推导了一种基于磁致边界振动法向声压的电导率重建算法,明确了重建过程中声压及其导数的物理意义;最后建立了圆柱坐标下的柱状扫描系统,对双层偏心圆柱组织模型所产生的声压和换能器所接收到的磁声声波进行了模拟,利用Hilbert变换实现波簇包络定位和相位分析,恢复磁致边界振动声压,重建扫描面的二维电导率分布和模型截面具有较高的一致性,不但获得了组织的边界信息,还实现了组织内部电导率分布的精确重建.所提出的基于磁致边界振动希尔伯特变换的电阻抗重建简化算法为组织病变的电阻抗成像和磁声诊断提供了新方法.     

火箭喷气强噪声模拟装置内声场特性分析

建立了火箭喷气强噪声模拟装置产生单元音圈振膜振速有效值的计算模型、电声转换效率计算模型.喉部声压计算模型以及有导流锥时锥形声辐射段和指数声辐射段出口声压计算模型,运用MATLAB软件对这些模型在不同频率下进行仿真分析.仿真结果表明:与无导流锥相比,有导流锥时声辐射段喉部声压较高;在谐振频率处电声转换效率达到最大值,并且声辐射段出口处的电声转换效率大于喉部;与锥形声辐射段相比,指数声辐射段沿轴线方向面积增加较缓慢,声波在声辐射段中传播时声压衰减较小.     

激光波长对光声成像深度影响研究

基于组织纯吸收理想模型,研究了组织吸收对穿透光强的影响,得出激光在组织中特定穿透深度时光强与吸收系数的关系曲线,结合各种波长激光在血红蛋白中的吸收系数,提出了激光在血红蛋白中的有效穿透深度分别为d≤1 cm,1 cm相似文献   

光声成像在生物医学研究中的应用进展

光声成像是一种同时拥有丰富对比度、高空间分辨率和大穿透深度等特点的新型多功能影像技术.其最突出的特征是能够利用生物分子如血红蛋白、脂类、黑色素、胶原蛋白和水的光学吸收差异来表征生理学特性,呈现不同信号源的多对比度清晰图像以揭示组织的解剖结构、功能、代谢和组织学信息.同时,利用外源性对比剂分子可进一步增强图像信噪比和成像深度,特异性成像体内某些低吸收组织器官如淋巴系统、膀胱、肠道,促进疾病的精准诊断或追踪深部组织的生物活动如免疫反应等.光声成像实际上可称为光声分子成像,目前已广泛应用于生物医学研究,但尚缺少系统的总结.该文分别从无标记光声分子成像和有标记光声分子成像两方面回顾典型的应用案例和最新进展,并展望其临床转化前景.     

基于高斯牛顿法的磁纳米温度快速反演算法

根据磁纳米粒子磁化响应强度的奇次谐波信号,构建磁纳米粒子温度测量模型,并将温度模型的反演问题转化为非线性方程组的求解问题.采用一种基于改进型高斯牛顿法的温度快速反演算法,与传统高斯牛顿法进行对比,从温度反演角度研究不同算法对测温精度和时间分辨率的影响.仿真结果表明:该算法具有显著的高稳定性和快收敛性优点,能够达到磁纳米温度计在医学领域应用所需要的测温精度(0.1℃)、时间分辨率(1 s)的要求.     

超磁致伸缩超声换能器设计分析

基于超磁致伸缩材料设计了一种超声换能器,推导了超声振子的频率方程,并且用ANSYS有限元软件对换能器的关键部件进行了动力学分析,得到了关键部件的模态和谐响应特性,验证了设计方法的可行性.对振动系统进行了静态磁场和谐波磁场分析,结果表明:增加磁回路中导磁材料的磁导率可以增加超磁致伸缩棒的轴向磁场强度和磁场均匀度,但当材料的相对磁导率大于1 000时,轴向磁场强度和磁场均匀度的增加幅度逐渐趋于平衡;在高频激励下,超磁致伸缩棒呈现出了严重的电涡流效应,严重限制了其驱动性能,必须对超磁致伸缩棒进行处理.     

编码结构的高频声场屏蔽效应研究

设计了一种基于编码结构的圆柱体空腔,在墙体透射与隔声理论分析和物理建模的基础上,利用有限元分析,发现该结构能对空气中的高频声场进行有效的隔离,当外部声压较高时,模型内部声压仅为极低,且外部声压约为内部声压25倍.同时发现,当入射激励在不同位置时,其被屏蔽的区域也不同,可以拓展至实现特定区域的声屏蔽功能.     

用镜象法计算超导发电机的三维磁场和参数

本文提出用镜象法计算超导交流发电机的三维磁场和参数。导磁和导电边界对磁场的影响用相应的镜象电流的作用来代替。电机的有限长度及环境屏的阶梯形或圆锥形端部使端部磁场逐渐减弱,它可以通过使端部区域的镜象电流沿着某个锥形面逐渐向外倾斜来进行处理,调节锥形面的锥角以及锥面起始端和末端在轴线上的位置,使端部磁场的边界条件得到较好的满足,从而提高了磁场和参数计算的精确度。     

弱磁场激励下基于阵列磁传感器的缺陷检测方法

研究在弱磁场激励条件下,铁磁性材料试件16MnR在动载荷拉伸实验中的损伤检测问题。 基于巨磁阻芯片设计了新型阵列磁传感器,搭建了铁磁构件磁信号检测系统;对不同载荷循环阶段的试件表面磁信号进行了拾取,并利用小波变换有效地抑制了噪声干扰。 最后,对降噪后的磁信号进行C扫描成像,实现了弱磁场激励下试件损伤发展过程的磁信号成像显示。 该结果可为铁磁性试件疲劳损伤的在位检测提供一种新型检测方法。      

有限元/边界元法求解变厚度板的声辐射

利用超参数壳单元建立了变厚度板的有限元方程,并求出谐波激励下板表面的位移响应和速度响应。利用Rayleigh积分公式得到变厚度板的声压,然后将声辐射功率表示为速度响应的正定二次型。将板的声辐射功率对设计变量求导,求出变厚度板声辐射的灵敏度。以厚度线性变化的简支矩形板为例进行了数值仿真,首先研究了倾斜角对固有频率以及板中心点挠度影响,然后进一步研究了激烈频率以及倾斜角对板声辐射特性的影响。     

双侧激励源对热声制冷谐振腔内声场分布的影响

超声磁致伸缩换能器作为热声制冷机的激励元件,其输出声场强度直接影响热声制冷的效率。为提高谐振腔内直观的声压幅值,在单侧磁致伸缩换能器激励的基础上,集合声波相干理论,应用有限元软件ATILA模拟了双侧激励情况下,不同长度谐振腔与激励相位的匹配关系对谐振腔内声压幅值的影响,并与单侧激励谐振腔内声压幅值做比较。研究结果表明:相同激励力情况下,双侧激励(170 mm受同相激励,340 mm受反相激励)谐振腔内产生的平面驻波声场更加稳定、单色性好、声压幅值是单侧激励的1.78(半波长谐振腔)/1.81倍(一个波长谐振腔),均接近于2倍关系。以上研究成果对双侧激励源的相位与谐振腔长度的匹配工作提供了实验依据。     

有限视角感应式磁声成像方法仿真研究

感应式磁声成像（MAT-MI）是一种融合了磁感应成像技术和超声断层扫描成像技术的新型成像手段.针对现有感应式磁声成像的研究工作几乎全部基于全视角超声扫描数据进行图像重建,在没有完整数据可以使用的情况下,重建过程可能会引入较大误差和生成图像伪影的局限性.提出有限视角MAT-MI重建方法,以不同半径的声学均匀同心球模型为研究对象,仿真出样本内涡流、声源、声压的分布,并利用快速分裂Bregman法重建出了有限视角声源图像,进而重构出电导率分布.仿真结果表明：所提出的成像方法能够准确地重建有限视角声学均匀介质中的声源与电导率分布,有助于感应式磁声成像向临床应用迈进一步,具有重要的科学研究意义与实际应用价值.     

绝缘磁芯变压器漏磁计算

针对绝缘磁芯变压器中的绝缘层气隙引起的漏磁以及线圈之间的漏磁会导致次级线圈输出电压的不均匀性的问题,根据三相绝缘芯变压器的磁路特征,建立了任意两相之间的等效电路模型,该模型由气隙引起的漏感、线圈之间的漏感和互感以及理想变压器构成.利用通用的电路仿真软件,对绝缘芯变压器的设计及其稳态响应进行分析.借助于有限元磁场分析软件,通过线圈端口处的短路测试对电路中漏磁电感进行计算.基于等效电路模型的漏磁计算方法能够精确地衡量各线圈之间漏磁的不均匀性,为漏磁补偿以及整流电路的设计提供便利.     

双频激励超声造影剂微气泡差频特性的理论和实验研究

超声参量阵效应产生的差频超声由于具有较小的衰减系数,能够有效提高传播深度而实现深层组织的超声成像.本文基于RPNNP方程,对双频激励超声造影剂微气泡所产生差频信号声压进行了理论推导,并用Runge-Kutta算法进行了数值模拟,对差频信号产生的条件包括激励声压、超声频率和气泡大小等进行了优化,同时用不同参数的双频信号辐射造影剂实现差频超声激发的实验研究,理论与实验结果均表明当双频信号的频率差接近气泡的共振频率时可以大幅度提高差频信号的声压(28 d B),获得高信噪比的差频信号,本研究为双频超声激励下造影剂差频成像的实际应用提供了研究基础.     

生物体内纳米磁性矿物质（Fe3O4）的磁畴结构研究

分析了磁铁矿粒子的单畴临界尺寸,表明生物体内的纳米磁铁矿粒子具有单畴特性.分别讨论了石鳖、趋磁细菌及蜜蜂体内纳米磁铁矿粒子的磁畴结构及磁矩分布,探讨了与地磁场相互作用下它们的生物导航功能机制.     

基于实验的超磁致伸缩微致动器动力学特性分析

基于超磁致伸缩微致动器实验所得的激励电流-磁致伸缩材料轴向位置-磁场强度三者之间的关系式,修正了厚壁线圈轴向电流-磁场理论公式.利用修正公式对超磁致伸缩微致动器动力学模型进行理论分析,得到了微致动器的振动响应;分析了修正系数、偏置磁场及预压应力对微致动器的影响.结果表明:修正系数对微致动器动力学特性影响十分明显,当修正系数K′=1.24时,基于实验拟合函数与基于厚壁线圈电流-磁场理论公式所得到的微致动器的输出位移与输入激励电流之间的滞回环完全吻合;微致动器振动响应具有明显的非线性特性,而且修正系数对其影响很大.偏置磁场与预压应力对微致动器的幅频特性影响也十分明显.     

生物体内纳米磁性矿物质（Fe3O4）的磁畴结构研究

分析了磁铁矿粒子的单畴临界尺寸，表明生物体内的纳米磁铁矿粒子具有单畴特性。分别讨论了石鳖、趋磁细菌及蜜蜂体内纳米磁铁矿粒子的磁畴结构及磁矩分布，探讨了与地磁场相互作用下它们的生物导航功能机制。     

超磁致伸缩微致动器车削系统的动力学分析

考虑温度及预应力的影响,建立了应用于车削加工系统的超磁致伸缩微致动器动力学模型,并讨论了温度及预应力对其振动响应的影响.预应力对磁滞及理想磁化模型的超磁致伸缩微致动器模型输出位移的影响变化趋势相同,都出现"翻转"现象,在激励磁场小幅值范围内,系统的输出位移随着预应力的增加而减小,随着激励幅值的增加而增加;当激励磁场幅值较小时,温度对输出位移的影响较小,但是当激励磁场幅值较大时,输出位移随着温度的升高而明显减小.该结果对如何处理预应力、温度、超磁致伸缩材料的滞回的影响提供了理论依据.     

流体媒质三次谐波及三阶非线性声参量研究

从流体动力学的基本方程出发,采用逐级近似微扰法,建立了理想流体媒质－至三级近似的波动方程,并得到三次谐波声压的积累解与声波传播距离的平方成正比,在此基础上进而求得三阶非线性声参量C／A与三次谐波声压之间的关系,这为下一步用有限振幅法测量和研究流体媒质的三阶非线性声参量C／A提供了理论依据,而三阶非线性参量预期在医学超声参数成像技术中有重要的应用前景。