一种测量超声波速度的方法

提出了一种测量超声波速度的方法。这种测量方法基于调节激发超声换能器电信号的频率。发射超声波的换能器与接收超声波的换能器正对着且共轴设置,数字示波器同时读取激发超声换能器的电信号和接收到的超声波信号,而且激发超声换能器的电信号被设置为参考信号,调节激发超声换能器的电信号的频率直到示波器显示的两信号波形重叠,记录此时电信号的频率。根据这两信号相邻两次重叠的频率差,计算得到超声波的速度。这种测量方法准确、快速,而且操作简单、方便。     

利用压电换能器电信号检测引线键合质量

以引线键合系统超声波发生器电信号作为检测键合质量的信息载体,研究了超声电信号的特征提取方法以及在键合质量检测方面的应用.针对超声电信号的瞬态特性,提出一种基于包络分段的特征提取方法,该方法以瞬态键合过程的发生、发展和完成为分段依据,将超声电信号包络分成信号上升、稳定和衰减3个阶段,并提取每个阶段能够反映键合质量的波形特征来表征键合过程.为了消除特征中的冗余信息并实现特征降维,采用主分量分析技术进行特征选择,通过实验数据的分析,有效地识别出了正常键合、无引线键合和根部脱落键合的状态,为引线键合质量的检测提供了一条新途径.     

用于油中局部放电定位的超声相控接收阵传感器的研究

基于超高频和超声波相控接收阵的局部放电定位法,研制了16×16阵元的相控超声波接收平面阵传感器.使用相控阵理论对该传感器的特性进行了理论分析,模拟实验表明,在变压器中能接收到局部放电产生的超声波频带内,阵元的接收性能是良好的.以触发压电超声波源的电脉冲信号作为时间基准,对单一的和2个同时发射的、用以模拟油中局部放电的压电超声波源进行了定位实验.结果表明,利用该传感器对压电源的定位在传感器正法线处的系统误差小于2%,且能在一次检测中实现多超声波源的定位,故该传感器可以用于变压器中局部放电的定位.     

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。      

基于广义S变换的超声多普勒信号瞬时速度提取

多普勒回波信号中瞬时速度的提取对目标的运动状态分析具有重要意义,但由于其非平稳性的限制,一般的分析方法无法提供足够的时频聚焦性能.针对这个问题提出了基于广义S变换的超声多普勒信号瞬时速度提取方法,并进行了计算机仿真和实验验证.在仿真上设定超声波入射一个往复运动的质点得到了多普勒回波信号,在实验上设计了一个往复运动的机械装置,超声探头发射超声波并接收回波信号.通过对回波信号进行广义S变换,提取了信号的瞬时频率,并计算得到瞬时速度.计算机仿真和实验研究表明了广义S变换在超声多普勒信号中运动目标的瞬时速度提取上的有效性.     

交变磁场曝露对大鼠心电信号多尺度熵的影响

为研究电磁场对生物体心电信号复杂度的影响,在20mT,50Hz交变电磁场环境中曝露大鼠,连续曝露7d,采集大鼠磁场曝露前、磁场曝露10,20和30min心电信号(ECG),利用经验模态分解(EMD)重构信号,计算各信号多尺度熵(MSEn).实验结果表明,20mT,50Hz交变磁场对大鼠心电信号多尺度熵的影响具有时间效应,通过心脏的自我调控可以降低交变磁场对大鼠心脏的影响.     

电磁超声信号阻塞区等效模型分析

针对电磁超声传感器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)信号阻塞现象,在分析阻塞区形成原因的基础上,建立传感器接收端等效模型,基于该模型得到阻塞区时间、频率的变化规律并进行验证.首先,结合EMAT的工作机制,提出信号阻塞区由接收线圈受到磁场冲激和电压衰减过程组成;然后,根据传感器接收端结构中的磁耦合机制建立等效模型,得到电压衰减过程表达函数;最后,通过实验测得不同接收端结构对应的回路参数和EMAT信号阻塞区的时间、频率,对模型进行验证.研究结果揭示了 EMAT结构对信号阻塞区的影响规律,可为EMAT的设计提供参考.     

管道漏磁检测中缺陷分割技术的研究

缺陷识别是管道漏磁检测中的主要难题之一.将漏磁检测信号进行预处理后,重构漏磁场的图像,使用最大类间方差法分割出缺陷,再经膨胀等运算得到完整的缺陷图像.     

激光超声测量金属材料弹性常数实验与有限元分析

利用激光诱导产生的多种模态超声波的波速反演金属铝板的弹性常数.实验中将脉冲激光聚焦成线源在铝板表面诱导超声波,采用双通道非接触接收表面波的时域信息并测算其速度.在有限元分析中,将激光等效为时间和空间上均满足高斯分布的脉冲载荷,建立热力耦合分析模型对激光诱导超声波的过程进行模拟,提取超声信号的时域信息并计算表面波和纵波速度,利用声弹性方程得到铝的弹性常数.数值结果与理论值相吻合,表明建立的激光超声力学模型能够有效模拟激光诱导超声波的物理过程,为进一步利用激光超声技术研究材料力学性能提供了依据.     

超顺磁磁铁矿磁接收器磁学模型

生物磁铁矿磁接收器理论模型包括单畴磁铁矿磁接收器模型和超顺磁磁铁矿磁接收器模型.蜜蜂体内存在典型的超顺磁磁铁矿颗粒.本文以蜜蜂为例,从磁学理论角度出发,定性的探讨了超顺磁磁铁矿磁接收器的磁学模型和工作机制.在外磁场作用下,每个超顺磁颗粒会受到力的作用,同时伴随着尺寸沿着一定方向的收缩和扩张.超顺磁颗粒把力以及扩张收缩作用传递给外面的生物膜及生物骨架(埋藏在神经系统中)从而产生相应的神经信号,而多个超顺磁颗粒磁接收系统的存在会放大和加强信号的产生.     

交变磁场平行水平井测距定位实验研究

随着钻探平行水平井数量的增多,使得磁性导向技术被引入水平井钻井施工中,利用电磁学理论建立了平行水平井形式的磁场正反演计算分析模型,导向定位系统利用磁源产生低频交变磁场,对磁场信号数据进行采集与处理,通过提取有效的交变磁场数据,依据反演计算理论模型进行计算,得到磁源与测量装置间的相对距离和方位,建立了地面测试系统,并进行了导向定位实验研究。研究结果表明,反演计算所得数据结果与实际测试数据基本一致,每组数据所得结果较为明显的表现为平行形式,同时验证了数据采集处理方法和反演计算方法的有效性。     

Nanoscale imaging magnetometry with diamond spins under ambient conditions

Magnetic resonance imaging and optical microscopy are key technologies in the life sciences. For microbiological studies, especially of the inner workings of single cells, optical microscopy is normally used because it easily achieves resolution close to the optical wavelength. But in conventional microscopy, diffraction limits the resolution to about half the wavelength. Recently, it was shown that this limit can be partly overcome by nonlinear imaging techniques, but there is still a barrier to reaching the molecular scale. In contrast, in magnetic resonance imaging the spatial resolution is not determined by diffraction; rather, it is limited by magnetic field sensitivity, and so can in principle go well below the optical wavelength. The sensitivity of magnetic resonance imaging has recently been improved enough to image single cells, and magnetic resonance force microscopy has succeeded in detecting single electrons and small nuclear spin ensembles. However, this technique currently requires cryogenic temperatures, which limit most potential biological applications. Alternatively, single-electron spin states can be detected optically, even at room temperature in some systems. Here we show how magneto-optical spin detection can be used to determine the location of a spin associated with a single nitrogen-vacancy centre in diamond with nanometre resolution under ambient conditions. By placing these nitrogen-vacancy spins in functionalized diamond nanocrystals, biologically specific magnetofluorescent spin markers can be produced. Significantly, we show that this nanometre-scale resolution can be achieved without any probes located closer than typical cell dimensions. Furthermore, we demonstrate the use of a single diamond spin as a scanning probe magnetometer to map nanoscale magnetic field variations. The potential impact of single-spin imaging at room temperature is far-reaching. It could lead to the capability to probe biologically relevant spins in living cells.     

高温超导量子干涉器磁测量中的电磁反演

基于Biot-Savart定律和空间滤波技术,采用二维傅里叶变换,研究磁场到电流的反演. 对高温超导量子干涉器(SQUID)测得的载流导线周围的磁场分布以及圆孔缺陷周围的涡流场激发的磁信号进行反演处理,并对所得的结果,特别是在傅里叶空间对截止频率的选择进行了初步探讨. 结果表明,较高的截止频率值能有效提高反演结果的空间分辨率,但增加了噪声信号对反演结果的影响;相对较低的截止频率值能更明显地去除噪声信号,同时导致反演结果的失真,降低了反演结果的空间分辨率. 利用缺陷周围的磁场数据反演出的电流分布,能够准确反映出被测样品中缺陷的位置、形状等基本情况.     

量子阱中弱耦合磁极化子的性质

采用线性组合算符和幺正变换的方法研究了量子阱中弱耦合磁极化子的性质,得到了极化子的基态能量和振动频率、磁场强度以及阱宽之间的关系．数值计算结果表明：随着磁场强度的增加极化子的基态能量增加,随着阱宽和振动频率的增加磁极化子的基态能量减小,阱宽越小,量子尺寸效应越显著．     

Optimizing ultrasensitive single electron magnetometer based on nitrogen-vacancy center in diamond

The measurement of the weak magnetic field in nanoscale resolution and at room temperature is always a significant topic in biological, physical, and material science. Such detection can be used to decide the characterization of the samples, such as cells, materials, and so on. Nitrogen-vacancy (NV) center in diamond has been proved to be able to detect a magnetic field with nano Tesla sensitivity and nanometer resolution at room temperature. Here we experimentally demonstrate an optimized NV center based single electron magnetometer in a commercial diamond and under a home-built optically detected magnetic resonance (ODMR) microscope. With current technology, we change the optically detected time window to get a better signal to noise ratio, and use dynamical decoupling to increase the slope of magnetic field amplitude versus fluorescence signal. By employing the 8-pulse XY-4 dynamical decoupling sequence we achieve a sensitivity of 18.9 nT (Hz)(1/2) , which is 1.7 times better than spin echo. We also propose a NV center based scanning diamond microscope for electron and nuclear spins detection as well as nanoscale magnetic resonance imaging. If it is realized, the NV center based magnetometry will have wide application in the future.     

Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles

The use of contrast agents and tracers in medical imaging has a long history. They provide important information for diagnosis and therapy, but for some desired applications, a higher resolution is required than can be obtained using the currently available medical imaging techniques. Consider, for example, the use of magnetic tracers in magnetic resonance imaging: detection thresholds for in vitro and in vivo imaging are such that the background signal from the host tissue is a crucial limiting factor. A sensitive method for detecting the magnetic particles directly is to measure their magnetic fields using relaxometry; but this approach has the drawback that the inverse problem (associated with transforming the data into a spatial image) is ill posed and therefore yields low spatial resolution. Here we present a method for obtaining a high-resolution image of such tracers that takes advantage of the nonlinear magnetization curve of small magnetic particles. Initial 'phantom' experiments are reported that demonstrate the feasibility of the imaging method. The resolution that we achieve is already well below 1 mm. We evaluate the prospects for further improvement, and show that the method has the potential to be developed into an imaging method characterized by both high spatial resolution as well as high sensitivity.     

面向多目标ISAR成像的MIMO雷达波形优化

现有MIMO雷达波形优化设计大都是根据跟踪、检测等雷达任务的需要而设计的窄带发射信号,没有考虑成像任务的要求。提出一种面向多目标ISAR成像任务的MIMO雷达波形优化设计方法,将雷达获取的关于目标的位置、雷达散射截面积(RCS)、速度等先验信息以及成像对雷达发射波形的带宽限制作为波形优化的重要约束条件,建立了面向多目标成像任务的波形优化模型,并通过共轭梯度算法进行求解。所设计波形可同时实现对不同方向的目标的成像。     

微地震逆时聚焦定位算法的模拟实验研究

微地震事件的位置可由波动方程逆时聚焦获得,然而在实际应用中稀疏或有缺陷的观测系统会对定位结果产生较大影响,导致定位结果可能存在偏差及假象。提出以峰值信噪比和定位椭球半轴长作为定量评价定位结果清晰度与精度的新标准。通过地面与井下监测的模拟算例综合考察波形加载方式、成像条件、接收器密度、覆盖范围及多震源对定位结果的影响,并以此指导实际的微地震数据采集方案。模拟实验结果表明,混合逆时聚焦可调整定位精度与计算量,是一种较为灵活的波形加载方式;多尺度互相关成像条件具有较高的精度与分辨率,可满足实际定位需求;逆时聚焦定位结果的分辨率与精度分别取决于接收器密度与覆盖范围;由于多震源的互相干涉,分辨多震源需要更苛刻的采集条件。     

慢性酒精中毒性脑病磁共振及功能性成像分析

目的探讨慢性酒精中毒性脑病磁共振及功能性成像改变.方法总结32例慢性酒精中毒性脑病的患者,分别进行磁共振常规平扫、磁共振弥散成像、磁共振波谱成像分析.结果 32例患者均有不同程度的精神异常,表现为脑萎缩、脑白质脱髓鞘.磁共振弥散成像为高信号,表观扩散系数ADC图为低信号,磁共振波谱成像显示病变部位氮乙酰天门冬氨酸(NAA)以及胆碱(Cho)显著减低.结论磁共振及其功能性成像对酒精性脑病的诊断、判断治疗及预后评价具有重要价值.     

一种计算轴对称磁场的边界元—有限元混合法的研究

由静磁场的基本方程和有限元的原理出发，研究了一种新的计算带非饱和磁介质轴对称磁场的边界元－有限元混合法，编制了计算电磁聚焦成象系统聚焦磁场的程序，这种方法解决了单纯使用有限元法的边办封闭问题，为成像系统及其它磁透镜的工程设计提供了一种有效方法。