圆环形Fresnel阵的声束聚焦特性

利用圆环形Fresnel阵列超声换能器可以实现声束聚焦B扫描成像.分析了圆环形Fresnel阵列产生的声场特性,包括轴上,焦平面上和全空间的聚焦声场分布,随频率变化的聚焦扫描特性,横向及纵向分辨率等.由研制压电陶瓷环形Fresnel阵列换能器进行了实验研究,其结果与理论是符合的,最后还进行了成像的初步实验.     

圆环形Fresnel的声束聚焦特性

利用圆环形Fresnel阵列超声换能器可以实现声束聚焦B扫描成像。分析了圆环形Fresnel阵列产生的声场特性,包括轴上,焦平面上和全空间的聚焦声场分布,随频率变化的聚焦扫描特性,横向及纵向分辨率等。由研制压电陶瓷环形Fresnel阵列换能器进行了实验研究,其结果与理论是符合的,最后还进行了成像的初步实验。     

20MHz超声聚焦换能器的设计及其应用

为提高工业超声显微镜的成像分辨率,需要用高灵敏度的超声聚焦换能器.本文对研制的聚焦换能器的等效电路进行了理论分析,利用Matlab软件,数值模拟了聚焦换能器沿轴线方向辐射的脉冲聚焦声场,讨论了聚焦换能器的脉冲声场特性.采用特殊工艺研制压电晶片,用环氧树脂和钨粉的混合物作背衬,由此研制的主频为20 MHz宽带窄脉冲有源自聚焦换能器,在实际检测中回波仅有一个波形,缺陷的成像分辨率达0.4 mm.     

锯齿形超声相控阵声场特性

针对空心轴类零件的外表面纵向裂纹,该文提出采用锯齿形超声相控阵换能器进行电子旋转扫查检测的方法。为研究锯齿形超声相控阵探头的聚焦声场特性,首先根据射线声学原理,研究该换能器在圆弧形分界面条件下的延迟法则计算方法;其次采用有限元仿真方法分析该换能器超声声场的聚焦声场特性,结合动态光弹实验方法,对聚焦声场进行观测实验;最后在含有人工缺陷试块中进行检测实验。实验结果表明:通过设计相应的聚焦法则,可以实现电子控制声场周向扫查,在聚焦点附近声场能量增大,在远离聚焦点处声场能量减弱,瞬态观测实验声场聚焦效果与仿真结果相符,检测实验缺陷信号明显,无底波干扰。     

高频复合超声扫描探针显微镜声学图像融合研究

研究高频复合超声扫描探针显微镜在不同声学频率下所得声学图像的融合.利用高频复合超声扫描探针显微镜检测乳腺癌细胞样品,在3~3 000 kHz的范围内改变声学频率,探究其对乳腺癌细胞声学成像的影响,然后用多尺度变换和稀疏表示相结合的图像融合方法对这些乳腺癌细胞声学振幅像进行融合.结果表明,高频复合超声扫描探针显微镜在不同声学频率下对同一样品得到的声学像存在差异,并且通过图像的融合,可以综合不同声学振幅像的有用信息,从而更有利于人类肉眼的直接观察或者计算机的后续处理.     

高密度聚乙烯管热熔接头的全聚焦成像实验分析

基于全矩阵数据捕获(FMC),利用全聚焦(TFM)成像技术,对高密度聚乙烯(HDPE)试块中不同深度(10～50 mm)的预制横通孔缺陷进行了全聚焦成像实验分析.在MATLAB软件中编写了全聚焦成像算法,并将全聚焦成像效果与超声相控阵扇形扫描成像效果进行比较.研究结果表明:全聚焦超声成像方法对于HDPE试块内部的横通孔缺陷,能够较好地实现缺陷位置的定位.在5 MHz频率探头的条件下,检测深度达到50 mm以上,深度定位误差在2 mm以内.相比于超声相控阵扇扫方法,本文方法的 ?1 mm缺陷最大幅值标准差从16.8 dB降低到了7.5 dB,?2 mm缺陷的最大幅值标准差从21.0 dB降低到了6.2 dB,有2～3倍的提升.     

声学超表面在降低水下平板散射强度中的应用

采用间接边界元法对声学超表面平板在水下的散射声场进行仿真计算,分析了超表面平板与刚性平板的散射形态函数及指向性,讨论了结构几何参数对声学超表面平板散射特性的影响.仿真结果表明:以1/20波长为共振腔深度设计的频率附近带宽内,超表面平板的水下反向散射较刚性平板更分散,法线方向上反向散射主瓣的形态函数值较刚性平板降低;随着共振腔单元几何参数无量纲深度H/D和开口尺寸w/D的减小,声学超表面平板的最佳散射无量纲频率也随之降低.     

超声相控阵探头声场优化设计仿真

超声相控阵技术是近年来无损检测领域的研究热点.通过对超声阵列换能器中各个阵元施加独立的相位控制,可实现声束的偏转和聚焦.它可以灵活地采用多种扫描方式进行检测,检测速度快,灵敏度、分辨力与信噪比高,能检测形状复杂的物体.在相控阵超声成像检测中,要获得分辨率高的声聚焦和清晰的图像,声场的好坏是关键,而声场主要取决于阵列换能器的设计,因此阵列换能器在相控阵超声成像检测中是至关重要的.文中以线性阵列探头为研究对象,通过改变探头的参数进行仿真分析,提出优化阵列的设计方法.     

双球面声学透镜优化设计

对双球面声学透镜在不同曲面形状参数条件下的声场进行数值计算，分析了透镜面形参数与声场分布特征的关系；根据在声场中尽可能长的范围内获得声束宽度较小、旁瓣水平适中的聚焦声束的要求，给出了双球面声透镜的优化面形参数。     

吸收媒质中非线性Gauss聚焦超声场的仿真研究

通过频域有限差分法求解KZK方程,对吸收媒质中Gauss聚焦超声换能器的基波和高次谐波声场进行计算和仿真,研究了各次谐波沿传播方向的分布规律,发现高次谐波声场同样具有Gauss聚焦特性,并且谐波阶次越高,聚焦特性越好.此后讨论了不同的吸收系数对Gauss声场聚焦特性的影响,结果显示吸收系数的改变不会影响Gauss声场的径向分布形状,但吸收系数的增加导致聚焦区域声场强度的减弱,甚至聚焦无法实现.     

超声成像中基于虚拟阵元的双聚焦波束合成方法

针对传统动态接收聚焦DRF波束合成方法在超声成像中分辨率和探测深度方面存在的不足,提出一种基于虚拟阵元的双聚焦波束合成方法.首先利用单一固定焦点进行第一次聚焦;然后利用虚拟阵元的概念计算第二次聚焦的延时参数;最后再根据延时叠加波束合成的原理及动态聚焦技术进行第二次聚焦,得到最终成像的扫描线数据.为验证该方法的有效性,进行了点散射目标成像实验.实验结果表明:双聚焦波束合成的超声成像方法在一定程度上有效地调和了分辨率与探测深度之间的矛盾,提高了超声成像的质量.     

Archimedes螺线式Fresnel透镜的设计及加工方法

为解决传统同心环式Fresnel透镜及其模具金刚石刀具加工存在对加工系统要求过高及效率较低的问题,给出了Archimedes螺线式Fresnel透镜的设计方法。从几何聚光比和能流透射率方面对比了2种透镜的性能,发现两者性能基本一致。分析了大型Fresnel透镜及其模具金刚石车削机床的运动。计算了Archimedes螺线式Fresnel透镜车削加工的刀具轨迹。对比机床各轴精度对透镜光学性能的影响,发现刀具摆角、透镜法线方向进给轴的精度影响最大,采用附加沿刀具轴线方向微进给装置的机床结构能有效提高加工精度。     

Archimedes螺线式Fresnel透镜的设计及加工方法

为解决传统同心环式Fresnel透镜及其模具金刚石刀具加工存在对加工系统要求过高及效率较低的问题,给出了Archimedes螺线式Fresnel透镜的设计方法。从几何聚光比和能流透射率方面对比了2种透镜的性能,发现两者性能基本一致。分析了大型Fresnel透镜及其模具金刚石车削机床的运动。计算了Archimedes螺线式Fresnel透镜车削加工的刀具轨迹。对比机床各轴精度对透镜光学性能的影响,发现刀具摆角、透镜法线方向进给轴的精度影响最大,采用附加沿刀具轴线方向微进给装置的机床结构能有效提高加工精度。     

波包分解技术在合成孔径聚焦成像中的应用

在各种无损检测方法中,超声回波法是探测钢筋混凝土结构最有潜力的方法之一.为了增加探测范围,一般使用比较低的超声频率进行探测,但是在对混凝土内部成像时,各种干扰信号的出现造成了低信噪比.合成孔径聚焦技术（SAFT）能够对反射信号进行有效聚焦,提高图像分辨力.由于激励波形频率低,时宽大,反射波包在聚焦过程中会产生很大的变形,影响了探测分辨力.因此引入了波包分解技术,能够将反射波包整体进行聚焦运算,克服了波包变形问题,能够更有效聚焦,提高混凝土探测成像的分辨力.此外,由于参与SAFT运算的点大量减少,可以提高成像运算速度.利用仿真实验对这种方法进行了验证,结果表明,这一方法的成像目标定位能力大大增强,能够获得更好的成像效果.     

磁感应磁声成像结果的影响因素分析

本文以声探测器的不同扫描半径与扫描步进角度重建声源图像,将成像结果进行对比。结果显示声探测器声场的非聚焦区成像效果较好;声探测器的扫描步进角度越大,成像效果越差。结论是声探测器的扫描半径与扫描步进角度对成像结果有一定的影响,结果可以优化磁感应磁声成像实验系统。     

基于增强倏逝波的声透镜光声成像系统设计

光声成像是一种新近迅速发展起来、基于生物组织内部光学吸收差异、以超声作媒介的无损生物光子成像方法。在分析当前光声成像系统中传统声学透镜的倏逝波衰减导致包含图像细节的高频信息丢失的基础上,提出使用负折射透镜,让倏逝波参与成像,突破传统声学透镜的衍射极限,从而大幅提高成像分辨率。同时依据光声效应产生的超声波具有波的特性,在研究中还发展、完善了声学信息系统的相关理论以及三维声成像技术。通过实验对比得到了超越普通声学透镜的生物组织的光声成像效果。     

扫描电子声显微镜对生物样品的成像研究

介绍了利用扫描电子声显微镜对多种生物材料进行的各种成像实验及其结果.为了显示亚表面深层结构,利用扫描电子声信号的不同分量进行成像实验.利用不同相位的电子声信号的x分量和y分量成像,对小鼠的心脏组织、肝组织、人的角膜组织等进行了成像实验,得到了各种组织的亚表面分层结构像.通过光热技术测得生物材料的热扩散长度近似值,估算出了分层成像各层的大致深度.最后,对电子束照射引起的损伤区域,利用扫描电子声显微镜和扫描电子显微镜进行对比实验,结果表明,利用扫描电子声显微镜技术可以看到扫描电子显微镜看不到的损伤区域.     

利用角谱方法分析超声换能器声场

叙述了角谱 (angularspectrum)的基本概念和利用角谱方法 (angularspectrummethod ,下称ASM)分析超声换能器声场的基本原理和具体实现 ,对平面活塞换能器和聚焦换能器在均匀媒质中的声场应用ASM进行了计算 利用一套精密三维扫描系统和针状水听器对上述换能器的声场进行了实验测量 ,实验值与ASM计算的结果吻合得较好     

利用角谱方法分析超声换换能器声场

叙述了角谱的基概念和利用角谱方法分析超声换能器声场的基本原理和具体实现，对平面活塞换能器和聚焦换能器在均匀媒体中的声场应用ＡＳＭ进行了计算。利用一磁精密三维扫描系统和针状水听器对 换能器的声场进行了实验测量，实验值与ＡＳＭ计算的结果吻合得较好。     

各向异性介质表面Fresnell阵产生的声束聚焦

从作者所发展的包括压电介质在内的各向异性介质的表面激发理论出发，研究各向异性介质表面Fresnell阵列物理透镜在各向异性介质中会聚声场的性质.分别对在PZT内产生的声体波聚焦和ST-石英和YZ-LiNbO₃表面产生的声表面波聚焦进行了分析，并与熔融石英作代表的各向同性介质进行了比较.它们之间聚焦声场的差异是相当大的.当各向异性因子γ＞0时，相对于γ=0的各向同性焦距要短.反之γ＜0时，则焦距变长.