基于声偶极辐射的磁感应磁声层析成像研究

基于声偶极辐射模型提出磁感应磁声层析成像理论来解决点声源理论所不能解释的边界信号和反相振动问题,理论分析了洛伦茨力引起的一维组织振动和自由空间的三维声偶极辐射,推导了磁声激发、磁声衍射传播和换能器磁声波形接收的解析公式.对二层柱状组织模型进行的数值模拟和实验测量结果证明声偶极传播的指向性会使磁声信号在不同传播方向上产生衰减,接收到的磁声波形在声压突变处产生反映电阻抗分布边界信息的脉冲串,重构的层析图像显示不同电阻抗组织的外形和尺寸.本研究为磁感应磁声层析成像技术在医学成像中组织电阻抗分布的重建提供了理论基础.     

周期镶嵌亥姆霍兹共鸣腔平板的声全背向反射

研究斜入射声波在周期镶嵌亥姆霍兹共鸣器的刚性界面上的反射行为.共鸣器间的空间周期间隔d和入射声波的波长入相当,且大于共振腔尺寸,因此可被视为具有集总参数的声学元件.理论分析和数值计算均表明,当入射波频率和方向既满足布拉格共振条件又同时满足亥姆霍兹共振条件时,在通常的反射方向上反射声波消失,反射波逆入射方向传播,引起与常规反射全然不同的全背向反射.     

基于非线性超传导的能流不对称传输现象的研究

研究了非线性传输线电路禁带内能量的不对称传输现象. 传输线电路中的两子电路结构相同,电感参数不同,并且具有低通滤波器的特点. 鉴于驱动频率在通频带的截止频率之上,所以形成不对称能流的载体为 禁带内传播的非线性波.该研究中,产生不对称能量传输的机理与非线性超传导现象密切相关. 通过调整耦合电感的大小,总结出传输能量与耦合强度之间的变化规律. 同时也采用仿真的方式分析了驱动电压幅值与传输能量间的相关性. 最后,通过在实验上改变驱动频率的大小,得到超传导发生时的门限电压与驱动频率间的依赖关系, 该关系与理论计算的结果完全定性一致.     

微管内气泡的受迫振动

在气泡-液柱一维耦合振动模型的基础上对刚性微管两侧声压不相等时管内柱状气泡的轴向一维受迫振动进行了理论探索. 声压不均匀分布不影响气泡线性振动时的共振频率, 但振动幅度受到有效声压幅值的影响. 利用逐级近似法分析了管内非线性振动气泡的基频、三倍频和三分之一分频振动的幅-频响应关系, 结果表明当驱动声压超过0.1 MPa时, 气泡振动处于非线性状态. 非线性声响应特征主要表现为:基频和分频振动幅值响应的多值性; 三倍频振动在低频区响应强于高频区; 三分频振动在大于共振频率的频域内出现的概率更大.     

球形腔聚焦换能器的非线性声场建模

球形腔聚焦换能器是一种特殊形式的聚焦换能器。为理论证实球形腔聚焦换能器能突破传统超声聚焦在聚焦精度和聚焦增益上的限制,采用Westervelt非线性方程并结合时域有限差分法,建立了球形腔聚焦换能器的非线性声场的数值模型。数值计算了直径为120 mm的0.6 MHz球形腔聚焦换能器的非线性声场,并与传统球壳形聚焦换能器进行了对比。当激励声压为100 kPa时,球形腔聚焦换能器与同尺寸壳形聚焦换能器相比,焦点正声压增益提高约8.5倍,且焦域精度更高,-6 dB聚焦区域在z方向减小约20倍,达到次波长尺度。研究表明球形腔聚焦换能器在高强度聚焦超声精细治疗上具有潜在的应用前景。      

激光激发瑞利波检测表面倾斜缺陷的研究

研究激光激发瑞利波检测样品的表面倾斜缺陷。基于频域热弹耦合方程,采用有限元方法建立激光激发瑞利波检测倾斜缺陷的数值模型,研究倾斜缺陷的检测机理。数值计算含不同的长度及倾斜角度缺陷的样品中瞬态位移波形,分析瑞利波在倾斜缺陷处模式转换的过程,研究各种瑞利波的传播路径。在此基础上,研究缺陷宽度与材料黏性对瑞利波传播及缺陷检测的影响。结果表明:瑞利波在缺陷处产生的反射及透射瑞利波的到达观测点的时间可以检测缺陷位置和长度,瑞利波在缺陷的底部发生模式转换产生的切变波可以检测缺陷倾斜角度。数值结果和已有的实验结果一致,从而为表面倾斜缺陷的检测提供有效的理论依据。      

调频超声脉冲驱动微气泡运动偏移的研究

提出调频超声辐射力技术驱动微泡群,以加强微泡的吸附效率.基于改进的RP方程及粒子轨迹方程研究了微泡群整体的运动位移与调频信号的中心频率、调频范围、信号声压,以及微泡半径分布关系.研究结果表明调频信号在驱动半径具有宽泛分布的气泡群,以及半径分布远离谐振半径的气泡群时,作用效果好于传统正弦波信号.例如中心频率1 MHz、调频范围0.75 MHz的调频脉冲作用高斯分布（平均半径3.5 μm、均方差为1）的微泡群200 μs,可比同等声压的正弦波多约12%的微气泡产生位移30 μm. 关键词： 超声辐射力 调频波 高斯分布     

缺陷致非线性电路孤子非对称传输

设计了一种有缺陷的非线性电感-电容(LC)电路,简单方便地实现了电路能量非对称传输,且其能量的载体是非线性波——孤子.在LC电路中,当缺陷靠近驱动时,驱动频率接近缺陷本振频率,缺陷共振致电路导通.远离驱动时,电路不导通.缺陷的引入改变电路的均一性,实现小驱动振幅下孤子的单向释放,提高驱动能量转化为孤子能量的效率.对非线性LC电路的传输能量、缺陷系数和驱动振幅三者的关系进行了讨论.     

应用于有源声辐射控制的一种组合次级声源

在分析多通道单极子次级源控制系统的基础上,提出一种幅度调节型组合次级声源,这种组合源由两个单极子声源构成,单极子声源的间距远小于声波的波长。文中就组合次级源在自由场中对不同初级声源辐射噪声的控制进行理论分析和实验验证,并与同等条件下的单极子次级源控制系统的降噪性能进行了比较分析。数值计算和实验结果均表明,对于不同的初级声场,在次级通道数相同的情况下,组合次级源控制系统可以得到比单极子次级源控制系统高的降噪量。     

激光协同聚焦超声辐照生物样品增强热效应的实验和理论研究

对中等强度聚焦超声在生物样品中产生的热效应以及激光协同超声增强热效应进行了实验和理论研究。实验上,对生物和仿生样品在超声作用和激光协同超声作用下加热情况进行测量,通过对比表明,激光协同超声作用于生物样品,引起空化效应以及温度升高更为明显。同时,理论上对聚焦超声在生物样品中衰减产生的热效应、超声空化以及激光协同超声增强空化及其产生热效应进行机理分析。通过对机理的分析表明,激光引起的光致核化使超声空化更易于产生,有效的增强空化效应,进而增强热效应。为对具体实验给出量化分析和估算,通过理论与实验结果相拟合,对超声传播引起的温度升高进行计算,并估算超声和激光协同超声产生空化微泡对加热效应的不同贡献,为空化效应在超声治疗中的贡献提供参考数据。