超声全聚焦成像中等声程线伪影剔除方法

针对超声全聚焦成像算法中等声程线扩散产生的原理性伪影问题,提出了一种基于超声回波声场有效等声程线和图像强度分布特征相结合的伪影剔除方法。首先分析了全聚焦成像算法中等声程线产生伪影的机理,根据数据均方根误差自适应辨识有效等声程线;通过Canny算子获取全聚焦图像待处理候选区域,再根据候选区域中有效等声程线相交次数和图像强度的分布特征辨识缺陷图像和伪影,利用图像中强度最低像素值扩展填充剔除伪影后的区域,进而达到剔除伪影的目的。通过在不同直径通孔类和槽类标准缺陷试块上声场模拟实验,结果表明伪影剔除效果显著。同时,该方法对噪声也有一定的抑制能力,在不加滤波的条件下信号信噪比高于15 dB时就可获得较好的去伪影效果。     

基于纹影法的聚焦超声声场重建算法研究

为了从聚焦超声声场纹影图像直接重建声场声压分布图像,首先根据水中声波与光波的作用规律,利用Zernike相衬技术得到纹影系统中空间声压分布与纹影图像中光强的关系,再通过纹影系统获得聚焦超声声场实时图像,最后根据纹影系统的物理特性经过反投影重建算法重建出凹球壳聚焦超声换能器的空间声压分布。分析可知,理论声焦域横向与声轴大小分别为0.15 mm、1.4 mm,重建声场电功率为12 W时横向最接近为0.25 mm,30 W时声轴最接近为1.35 mm。与球壳换能器的理论声压分布进行对比的结果表明,该方法具有一定可行性,可以用于聚焦超声换能器的声场分布检测。     

超声吸收体物理参数对红外热成像测量高强度聚焦超声声场的影响

超声吸收体的物理参数对利用水听器和红外热成像技术的高强度聚焦超声(High-Intensity Focused Ultrasound,HIFU)声场测量结果具有重要影响。为了探索超声吸收体的物理参数(密度、声速、衰减系数、热扩散系数、定压比热容)对测量结果的影响规律,本文根据层状模型计算出相同声源功率输出时不同物理参数对应的超声吸收体内部声场和热场,利用有限差分法计算出超声吸收体表面在辐照过程中的温度变化;利用基于水听器和红外热成像技术的聚焦声场测量方法测量出焦域内不同位置上声场特征值(轴线声强和-6 dB声束宽度),与通过理论计算得到的声源在纯水中声场特征值进行比较,分析了不同物理参数对测量结果的影响。超声吸收体的声、热学参数中除了声速外,其它物理参数的变化引起声场特征值的测量造成最大相对差异率小于15%。因为声波传播速度的改变会导致超声吸收体内部热场分布变化,使测量结果与理论计算值有较大偏差,其中-6 dB声束宽度和轴线声强最大相对差异率为95.37%和69.97%。因此在选择超声吸收体的声、热学参数时应重点关注声波在吸收体内声速的影响。超声吸收体的声学参数与水的声学参数相近时,可以在焦域内获得较好的测量结果。     

光电倍增管在磷酸液声致发光实验中的应用

对不同厚度液体进行光强测量,深入探索空化气泡的运动,研究发光机理很有意义。用超声激励法在磷酸液体中实现多泡声致发光,研究不同共振频率下发光的特点。利用光电倍增管多次测量发光强度相互比较,结果是在液体厚度10 cm、驱动频率f=21.061kHz和f=20.316kHz时,周期性较好为50μs,液体通过漩涡集中气泡可以使更多气泡发光;在液体厚度3 mm、驱动频率f=17.91kHz和f=19kHz时,周期性很好为25μs;且光信号都较强。结论是磷酸中声致发光强度、周期与液体厚度、驱动频率密切相关。本文以磷酸液多泡声致发光实验研究为基础,从内部和外部原理来出发,详细介绍了光电倍增管在多泡声致发光光强测量中的实用,为今后研究者提供了一些经验。根据实验过程中遇到的一些实际问题提出了建议和改善意见。     

光弹法测量超声换能器声场

超声换能器声场的测试对于超声检测具有基础性作用,而传统的超声换能器声场测试方法具有一些局限性。本文介绍了搭建的动态激光光弹实验平台,并利用动态光弹法测量了纵波换能器和横波换能器辐射声场的特征,由瞬态声场图像获得了传声介质的声波速度及超声换能器的中心频率;由稳态声场图像获得了声场的近场长度、指向性和扩散角等参数;分析了光弹实验系统和测量方法可能引起测量误差。本文结果表明动态光弹法是一种有效的定量测量超声换能器声场的方法。     

利用k-Wave计算超声在腹壁组织的声辐射力

随着科学技术的发展,声辐射力在生物医学领域得到了更为广泛的应用,尤其是在弹性成像领域.为了使弹性成像技术更加精准,对声辐射力的预测至关重要.该文基于腹壁组织图像,利用k-Wave对超声波在腹壁组织区域传播时的声场进行数值模拟,获得了其声场分布,进而求得了组织中声辐射力分布情况,同时对面阵换能器的阵元宽度、间距、阵元个数...     

弱酸试纸法测量功率超声珩磨空化声场的研究*

为了简便、直观地测量功率超声珩磨磨削区的空化声场强度及分布情况,提出了利用弱酸PH试纸测量磨削区空化声场的方法。利用超声空化效应产生的弱酸空化泡在PH试纸表面溃灭后,形成深浅和分布不同的变色区域,间接地表征油石表面空化声场的强弱和分布规律。通过对比不同超声频率、测试距离和时间,得出了最佳测试距离和时间。结果表明,当超声频率为18.6 kHz,距离为10 mm时,测得油石表面的空化声场强度和分布最佳。该方法可形象地评价功率超声珩磨磨削区空化声场的强度和分布情况,具有一定的实际应用价值。     

超声场分布的演示实验

介绍了利用超声在液体介质中传播,使质点产生强烈振动而引起交变压力的原理,用微型探头测量,以演示超声场在平面辐射、聚焦系统下焦平面和焦点以内的横截面上的声场分布,使学生更深入地了解超声不皮传播的物理规律。     

超声空化现象影响因素的实验研究

超声空化在许多不同的学科和工业生产中有着广泛的应用。超声空化的应用与声场的分布及空化的机理密切相关,精准地反映空化场和空化机理是超声空化技术实际应用的关键。该文通过分析采集的声信号和金属箔膜空蚀法对空化区域随液位发生变化的现象进行研究,并利用Matlab对金属箔膜空蚀程度量化。实验发现,超声波会在液面与实验箱体底部形成驻波场。在某一液体温度下,随着液位高度的变化,超声空化现象的出现具有周期性。并且,在同一液位下,当超声功率改变时,空化区域强度分布情况随之改变。小功率时各空化区域空化强度分布均匀,当功率增大到一定时,会出现空化屏蔽现象。该研究为超声清洗设备的改良提供了借鉴,对进一步认识和利用超声空化效应具有重要意义。     

光声信号的声透镜层析成像研究

提出了一种用声透镜实现光声层析成像的新模式。从理论上计算出了声透镜的响应，测出了已知声场中标准物像面处的声场分布。考虑到圆形活塞振源的指向性，对代表物成像进行了理论修正，并与实验结果做了对比分析。研究表明，利用声透镜可以实现光声层析成像，并经图像重构得到了生物组织中异物的光声图像，横向、纵向分辨力较高。     

超声搅拌磁流变抛光液的声场仿真分析

为了探究超声搅拌磁流变抛光液的制备及优化工艺,利用多物理场数值计算方法,建立了超声搅拌磁流变抛光液的声场仿真模型。研究了20 kHz下不同液位深度、超声变幅杆探入深度、不同功率下磁流变抛光液的声场分布。通过测量磁流变抛光液的声场强度对声场仿真进行了验证。结果表明:随着距变幅杆距离的增加,声强逐渐减弱,高声强区域主要分布在换能器轴线附近。声强在距变幅杆输出端20 mm范围内急剧衰减,变幅杆最佳探入深度为10 mm,增大功率有助于空化区域的扩大。声场仿真结果与实验测量结果基本一致,对磁流变抛光液的制备提供了数值计算基础。     

Schlieren成像和声场可视化

Schlieren技术是利用声场引起透明媒质光折射率的变化而实现声场可视化的光学成像技术。它具有对声场无干扰、快速、瞬态成像的特点。本文利用二维光学Fourier变换分析了Schlieren技术的成像原理,在采用连续激光和高速ICCD的Schlieren成像系统中,实验研究了平面波声场和线聚焦声场中换能器光学校准方法和声压的定量检测技术。发展声场瞬态和动态成像技术,观测了声波的聚焦过程和固-液界面的声场分布和变化。这些结果表明Schlieren技术是一种有效的声场可视化和定量检测的光学成像技术。     

丙三醇溶液声致发光中的黑体辐射谱

利用U型管圆锥泡声致发光装置,测量到了丙三醇溶液中圆锥泡声致发光的光谱和光脉冲。结果表明,测量得到的发光光谱为光滑的连续谱,且与理论模拟得到的黑体辐射谱相吻合,拟合温度分布于2 600～3 500 K范围内。文章从空间和时间两方面分析了圆锥泡空化发光中存在黑体辐射的原因：较大的气泡体积(气泡塌缩半径为1.4 cm)与较长的发光时间(几十微秒)。另外,实验研究表明随着发光波长的增长,光脉冲宽度变宽,从而进一步证明了圆锥泡声致发光中的黑体辐射机制。最后,利用测量得到的发光光谱和脉冲计算得到了发光光强为0.18 J,远远高于其他方式得到的声致发光光强。     

基于探测超声的新型生物组织光声层析成像

利用一束单频探测超声穿过由脉冲激光照射产生的光声激发区域，使之与光致声场产生相互作用，光声信号将耦合到探测束上，再解调探测超声来重建光吸收区域的图像，可以得到丰富的组织信息.该信息不仅反映了组织中光吸收的特性，也反映了组织的声学特性.实验中，通过旋转超声探测器进行数据采集，并利用滤波反投影算法重建图像，可得到高信噪比的光声层析图像.由于激光的窄光谱线宽，其吸收是特征分子选择性的，所以此方法既是一种无损伤的结构层析成像方法，也可用于组织的功能成像.     

超声光栅实验中声致折射率变化的研究

为了研究声光效应中声致折射率变化情况,以超声光栅实验为基础,用CCD结合光强分析软件,分析了衍射光的强度分布;通过数值计算衍射光相对强度,比较得到了在超声场频率为10.27 MHz时,介质中的声光相位延迟Δ=1.2855 rad,声致折射率变化量Δn=3.014×10-6;进而讨论了电声换能器的机电耦合效率与超声频率的关系,给出当超声频率为10.33 MHz时,耦合效率最高,介质中折射率变化量最大;结果表明,在超声光栅实验中,引入这些测量内容,不仅能丰富实验内容,更能加深学生理解声光效应,扩展学生的知识面.     

聚焦区域高声强声场分布的测量方法研究

常用的声场分布测量是采用水听器扫描声场的方法,该方法对于声能量密度较大的声场难以测量,因为在这种情况下声振幅比较大,水听器在这种声场中呈现非线性或遭到破坏。设计了一种用辐射压力测量高声强声场分布的方法,该方法利用一根微细管,直接测量声场的冲流压力,通过对声场进行扫描测量可以得到高声强声场压力分布。从理论上分析了这种测量方法的可行性,对测量基本要求及实验装置做了阐述。实验结果证实:该方法可以用来测量高声能密度声场压力分布;测量结果与水听器测量结果基本吻合;测量方法存在测量盲区。     

基于振荡气泡法测定声悬浮液滴的表面张力

通过调节阵列式声悬浮装置的悬浮声压,使悬浮液滴转变为气泡.利用振荡气泡法的原理,结合声悬浮气泡在声场中处于缓慢变形的非平衡状态特点,对原始气泡表面膨胀系数的公式进行了修正.实验过程中采用高速摄像机记录气泡形成及振荡过程的图像,并对图像进行处理,测定悬浮气泡的表面膨胀模量,得到液体的动态表面张力.以锅炉用油为样品,利用声...     

各向异性焊缝中超声相控阵瞬态声场仿真及缺陷定位方法

针对多层各向异性奥氏体不锈钢焊缝中超声相控阵瞬态声场的仿真问题,提出应用高斯声束等效点源模型计算宽带离散化的多个单频稳态声场,通过傅里叶变换将其拓展为瞬态声场,并分析了声场转换过程的主要影响参数。该方法可快速计算焊缝内部超声相控阵聚焦声场的瞬态能量分布和任意一点的时域波形信号。在此基础上针对多层奥氏体不锈钢焊缝内部缺陷的超声相控阵成像检测问题,提出利用上述时域高斯声束法对多通道缺陷散射信号进行时间反转计算,并根据时域声场焦点确定缺陷位置。最后通过实验,验证使用此方法检测实际奥氏体不锈钢焊缝试块内部缺陷的效果。结果表明,提出的方法能够确定缺陷位置,且计算速度快、运算量小,适合作为多层介质内部缺陷实时成像的声场仿真模型。     

声致发光中原子光谱强度的一个定量模型

依据超声空化效应的热点理论,对空化区域的声致发光强度进行了分析.通过引入Einstein-Boltzmann-Saha方程,从理论上推论出声致发光辐射的原子光谱强度与溶液中金属离子的浓度呈线性关系.由此设想声致发光可以被发展为一种新型的非焰原子发射光谱技术,以用于流体中金属离子的连续测定,理论结果尚有待于实验验证.     

光学滤波与频谱分析

依据光声效应产生的超声波具有波的特性,借鉴光学成像理论,提出了一种新的光声信号成像模式一利用声透镜直接成像。以声场复振幅来描述声场分布,根据基尔霍夫衍射理论,从理论上推导了声透镜的脉冲响应,并通过实验得到了生物组织的功能成像。