多分量横波远探测成像测井仪研制及应用*

该文成功研制出一种新型的胜利多分量横波远探测成像测井仪。该仪器采用低频偶极声源设计,低频高效隔声体、高保真大数据快速传输技术,实现高信噪比多分量反射横波信号的采集,从而可以对井外远距离、不同走向的地质异常体进行探测;并结合专用成像处理软件,可以较好压制低频斯通利波反射,有效提取弱的反射横波信号,最终实现了远程偶极反射横波成像。该测井仪器理论上可以对井外320 m范围内地质异常体进行探测,在刻度井的测试中清晰探测到80 m内的地质异常体,实际测井中已成功获得井外100 m范围内的成像结果。     

平面行波场中多个粒子受到的声辐射力*

从粒子在行波场中的声散射出发,研究当声场中存在稀疏分布的多个粒子时粒子受到的声辐射力,并且给出了适用于声场中任意位置的粒子声辐射力计算公式。由于声辐射力为非线性力,当声场中存在多个粒子时,直接计算粒子受到的声辐射力非常复杂。结果表明,当声场中存在多个稀疏分布的粒子时,这一多粒子系统可以视为多个单独的双粒子系统的叠加,只需要分别计算各个双粒子系统的声辐射力就可以通过叠加得到声场中任意粒子的声辐射力。这一结果有助于利用声辐射力对微小粒子进行精细操控。     

退火温度对声表面波检测器电极 表面粗糙度的影响*

该文实验研究了退火温度对声表面波检测器电极表面粗糙度的影响。电极表面的粗糙度随着退火温度不同而变化,实验中分别选择常温(25?C)、200?C和300?C作为退火温度对两种镀膜方式制备的声表面波器件进行退火,最后得到退火温度和电极表面粗糙度的对应关系。从实验结果来看,退火温度为200?C时,得到的电极表面粗糙度最大。该研究为声表面波检测器表面粗糙度优化及灵敏度提升提供了基础。     

声操控微粒研究进展*

声操控微粒是利用声波与微粒之间动量和能量交换产生的声辐射力操纵微粒的运动,具有非接触、生物兼容性好、无需对微粒进行化学生物标记、装置简单易集成等优点,在精密制造、精准医疗等领域具有广阔的应用前景,是当前操控领域的研究热点。该文主要综述最近十年声辐射力理论研究、声场调控方法以及微粒操控形式等方面的研究工作,并对声操控的未来发展方向进行了展望。     

声表面波气相色谱仪及其应用*

声表面波气相色谱仪具有灵敏度高、色谱柱升温速度快(~20?C/s)、体积小等特点,可实现痕量气体的广谱(挥发和半挥发性有机物)、快速(5 min)、高灵敏度(ppb～ppt级)现场分析,在公共安全、环境监测、食品和药品检测等方面有广阔的应用前景。该文从仪器响应的机理分析、检测器设计、仪器研制及应用等方面出发介绍了我们的研究进展情况。     

新型声表面波电流传感器*

将声表面波技术的快速响应特点与磁致伸缩薄膜的高磁敏特点相结合,可实现一种快速、高灵敏、稳定可靠的新型电流检测技术。传感器由双通道差分式振荡器与沉积在传感通道器件表面的声传播路径上的磁致伸缩薄膜组成。该文基于分层介质中声传播理论及磁致伸缩效应,对声表面波电流传感机理进行了分析,以实现对传感器结构的优化设计。实验研制了采用铁钴(FeCo)薄膜的声表面波电流传感器,测试结果表明,该传感器具有快速响应和高灵敏特点。为抑制磁致伸缩薄膜自身的剩磁效应所带来的高磁滞误差,采用的有效途径是将沉积的磁致伸缩薄膜进行图形化设计。实验结果表明,采用栅阵化FeCo薄膜结构的传感器表现出更高检测灵敏度、更好线性及更低的磁滞误差。     

井旁溶洞的偶极反射声波测井响应研究*

反射声波成像测井是适应复杂地区勘探开发的一种测井新技术,能够对井旁几米至几十米内声阻抗不连续的地层界面、裂缝、溶洞、盐丘等不同地质构造进行探测评价。针对井旁存在一个不同尺度大小的溶洞时的偶极反射声波测井响应进行了数值模拟,得到了不同情况下的回波信号,探究了地层横波波长与井旁溶洞尺度之间的关系。研究结果表明,等源距阵列波形中,溶洞的回波波列有特殊的\"抛物线\"型形态,上提过程中距溶洞最近时,回波到时最早、幅度最大。当井旁溶洞直径逐渐增大时,回波信号幅度越强,反射横波偏移成像的结果越清晰。通过该研究,初步形成了一种反射声波测井评价井旁溶洞的方法。     

阻尼贴片式高速列车车轮振动声辐射试验分析

为了研究辐板不同阻尼贴片装置对高速列车车轮的减振降噪效果,在半消声室内进行标准车轮与阻尼贴片式车轮自由状态下的振动声辐射试验研究,并基于有限元法对车轮模态进行了仿真计算。研究结果表明：施加辐板阻尼贴片后,两种阻尼贴片车轮的固有频率与标准车轮相比变化不大,但对于频率在1600Hz以上各阶模态阻尼比显著增加。径向与轴向激励下的降噪效果均达到10dB(A)以上,可见两种阻尼贴片装置均具有良好的降噪效果。其中在多了0.3mm铝合金薄板的情况下,W2车轮的降噪效果要略优于W1车轮,轴向激励下更加明显。     

单根电极或沟槽形成的栅格对声表面波的散射*

该文借鉴汪承灏先生研究栅格声表面波散射的技术路线,提出一种既不限制基片和栅格形状、类型,也不限制声波入射方向,可精确计算栅格对SAW散射的有限元通用模型。作为对《超声学》第六章\"声表面波\"中栅格对声表面波的反射和体波散射一节部分结论的进一步阐释和说明,计算了YZ-Li Nb O3和128?YX-Li Nb O3单晶上厚度为200 nm、宽度为1μm的单根悬浮铝栅条以及沟槽在不同频率下的反射系数曲线。提出的计算方法今后可推广应用于层状结构基底、应用到非规则指条、沟槽、金属点阵、基片端面、台阶等的反射的精确分析,为优化设计新型声表面波器件奠定理论基础。     

声表面波在圆弧处反射及透射的数值研究*

为了研究直达表面波在圆弧过渡面处传播性能的变化,采用有限元方法模拟了热弹机制下,线性脉冲激光辐照金属铝块表面时激发的表面波在近表面传播过程中,在不同曲率半径的圆弧处发生的反射及透射现象,建立了圆弧半径与反射表面波以及透射表面波时域信号特征之间的联系。计算结果表明:曲率半径与表面波中心波长的数值关系对表面波在圆弧处的传播有显著的影响;同时证明了根据透射表面波信号的到达时间可以反演圆弧半径的大小,为之后利用表面波信号定量检测材料表面圆弧凹痕的深度提供了理论依据。     

看不见的“手”——声辐射力及其应用

声波是在弹性介质中传播的经典机械波。当声波在物体表面发生反射、折射、散射等效应时,会与物体产生动量与能量的交换。这种交换在宏观上表现为声波对物体施加力的作用,称为声辐射力,瑞利和朗之万两位科学家正是声辐射力的最早发现者。经过一百多年的探索,声辐射力的基本理论和研究方法已经得到极大的丰富和发展,成为声学的前沿与热点问题。与此同时,在生物医学、材料科学、纳米科学等领域,基于声辐射力的无损精准操控技术正受到越来越多的关注,展现出巨大的应用前景。     

柱面波对多层球的轴向声辐射力（英文）

在理论和数值上研究柱面波对多层球的声辐射力.基于声波的散射理论,得到声辐射力的解析解,并给出数值仿真.结果表明:在特定的ka和kr₀处,柱面行波的辐射力可以是负值（k是波数,a是多层球的半径,r₀是多层球到声源的距离）.随着kr₀增加到无穷大,仿真结果退化为平面波的情形.对双层球而言,每层的相对厚度影响曲线共振峰的大小和位置,但对三层球而言没有显著影响.当最内层的介质换成空气时,由于声阻抗差异较大,共振峰更加明显.该研究可以为研发新一代单行波声束声学镊子提供理论指导,该技术在生物医学超声和材料科学领域有广泛的应用.     

具有环形限位夹持力的单轴式超声悬浮系统

基于超声悬浮原理,通过改变单轴式超声悬浮系统的反射和发射端的几何形状,利用凸状发射、反射面在悬浮区域周围产生环形声辐射力势阱作为限位夹持力,提高悬浮样品在驻波声场中的悬浮稳定性。基于时域有限差分法,研究不同谐振腔内的声辐射力分布,以及影响声辐射力大小的因素,优化环形限位夹持力和悬浮力。理论及实验研究结果表明,具有环形限位夹持力的超声悬浮系统可以提高普通单轴式超声悬浮装置对悬浮样品的稳定性。     

Acoustic radiation force optical coherence elastography for elasticity assessment of soft tissues

Biomechanical properties of soft tissues are important indicators of tissue functions which can be used for clinical diagnosis and disease monitoring. Elastography, incorporating the principles of elasticity measurements into imaging modalities, provides quantitative assessment of elastic properties of biological tissues. Benefiting from high-resolution, noninvasive, and three-dimensional optical coherence tomography, optical coherence elastography (OCE) is an emerging optical imaging modality to characterize and map biomechanical properties of soft tissues. Recently, acoustic radiation force (ARF)–OCE has been developed for elasticity measurements of ocular tissues, detection of vascular lesions, and monitoring of blood coagulation based on remote and noninvasive ARF excitation to both internal and superficial tissues. Here, we describe the advantages of the ARF–OCE technique, the measurement methods in ARF–OCE, the applications in biomedical detection, current challenges, and advances. ARF–OCE technology has the potential to become a powerful tool for in vivo elasticity assessment of biological samples in a noncontact, noninvasive, and high-resolution nature.     

驻波场中相位迟后的偶极力

计算了二能级原子在一个驻波场中的辐射压力，给出了在不对空间平均时的辐射压力的普遍表达式，指出辐射压力的零级项应应于受激压力，而一级项对应于偶极力，高队项则可忽略。文中详细地计算了各种不同情况下的偶极力和相位，指出对于不同速度，相位有不同的迟后，这样的结果将严重地影响原子在驻波场中的动力学，用光子再分配模型简单地对有力的相位随速度的变化作了解释。     

声驻波场中空化泡的动力学特性

以水为工作介质, 考虑了液体的可压缩性, 研究了驻波声场中空化泡的运动特性, 模拟了驻波场中各位置处空化泡的运动状态以及相关参数对各位置处空化泡在主Bjerknes力作用下运动方向的影响. 结果表明: 驻波声场中, 空化泡的运动状态分为三个区域, 即在声压波腹附近空化泡做稳态空化, 在偏离波腹处空化泡做瞬态空化, 在声压波节附近, 空化泡在主Bjerknes 力作用下, 一直向声压波节处移动, 显示不发生空化现象; 驻波场中声压幅值增加有利于空化的发生, 但声压幅值增加到一定上限时, 压力波腹区域将排斥空化泡, 并驱赶空化泡向压力波节移动, 不利于空化现象的发生; 当声频率小于初始空化泡的共振频率时, 声频率越高, 由于主Bjerknes 力的作用将有更多的空化泡向声压波节移动, 不利于空化的发生, 尤其是驻波场液面的高度不应是声波波长的1/4; 当声频率一定时, 空化泡初始半径越大越有利于空化现象的发生, 但当空化泡的初始半径超过声频率的共振半径时, 由于主Bjerknes力的作用将有更多的空化泡向声压波节移动, 不利于空化的发生.     

Calculations of the backscattering and radiation force functions of spherical targets for use in ultrasonic beam assessment

Knowledge of the frequency dependence of the backscattering from spherical targets, or of the associated radiation force function Y_p, is of considerable practical importance for the choice of material and size of sphere for transducer beam profiling. The former is often employed in a pulse-echo situation to define iso-echo contours, while the latter is used in absolute measurements of intensity.The present paper contains the graphical results of the calculation of the backscattering from 43 materials and the radiation force function for 48 materials, all of which were assumed to be immersed in water. The range of ka values displayed is from 0 to 20, calculations being performed in ka steps of 0.05. It is shown that the frequency behaviour of the radiation force function is an unreliable index of the frequency behaviour of the backscattering.