环形阵列超声断层扫描高分辨率成像方法

介绍了针对环形阵列超声断层扫描的高分辨率全波形反演成像方法,不同于传统的延时叠加和渡越时间断层扫描,该方法充分考虑声传播的透射、反射、散射等特点,通过数据匹配的方法重构目标体声学参数图像。开发了环形超声换能器阵列构建超声断层扫描成像系统,并设计了适合检验成像算法的数值和物理模型,分别使用基于射线理论的回波延时叠加和初至波渡越时间断层扫描、以及基于波动理论的全波形反演方法对目标体进行图像重建,并对比其原理、分辨率、计算量等方面的特点,系统性分析了波动方法相对传统射线方法的优点和不足。结果表明,全波形反演这类充分考虑接收信号多种物理特征的方法可用于较高分辨率的声参数成像,适合与传统方法结合设计有效的超声断层扫描成像系统。     

带扇形窜槽的套管井声场

首次使用2.5维的有限差分算法对带窜槽的套管井声场进行了数值研究,计算得到了带有不同大小窜槽套管井的声场展开图及井轴上不同源距的接收波列。本文还应用2维谱的方法对带窜槽的套管井声场进行了分析研究。发现窜槽的存在影响了纵波头波的速度,其大小决定纵波头波的幅度。并且只有当窜槽形成角度大于30°时,才能从接收波列中被鉴别。     

平面波经颅超声成像相位校正及散斑跟踪

准确的脑血流成像对脑功能监测和脑疾病的快速诊断具有重要意义,然而颅骨对超声传播的影响会导致成像质量下降、速度或位移估计不准确等问题.论文采用平面波相干复合结合散斑跟踪方法进行颅内散射目标成像和速度估计,以实现脑血流速度矢量检测;针对颅骨存在导致的超声相位畸变,利用数值仿真和体模实验研究了其对成像及散斑跟踪效果的影响,并...     

井下前视声波偏移聚焦成像方法

介绍了一种可用于检测油井套管形态的前视声波成像方法.本方法采用由多个独立阵元组成的面阵式换能器,每个阵元均能独立发射,将所有阵元接收的波形数字化后,采用偏移聚焦成像方法,实现井下油井套管形态的前视声波三维成像.本文对数字偏移聚焦成像的基本原理进行了介绍,并用数值模拟和成像实验进行验证.表明本方法能够在阵元个数有限的情况下得到具有较高分辨率的图像,并可以简化井下仪器的电路结构.     

自由空间中球形粒子的负向声辐射力

针对一定声场作用下自由空间中的球形粒子,首先分析了声散射过程中的吸收声功率、散射声功率和损失声功率以及三者之间的关系,并通过计算发现了由于参数选取不当导致的负吸收现象。接着从动量守恒定律出发推导了声辐射力的一般表达式,阐释了声辐射力与声能流之间的关系,并从理论和计算两方面验证了负向声辐射力的存在。当负向声辐射力产生时,声波的背向散射被抑制。在此基础上,进一步研究了粒子的偏心特性和流体的黏度这两种常见因素对负向声辐射力的影响。利用球函数的加法公式推导了偏心球的散射系数和声辐射力公式,结果显示偏心距离、粒子的材料等都会显著改变负向声辐射力的产生条件。在低频近似下,由于流体黏度附加的正向声辐射力是否能完全抵消原来的负向声辐射力将决定最终的声辐射力方向。该结果对利用负向声辐射力制成单行波声学镊子来实现对特定粒子的操控有着理论指导意义。      

Acoustic radiation force on a rigid cylinder near rigid corner boundaries exerted by a Gaussian beam field

Acoustic manipulation is one of the well-known technologies of particle control and a top research in acoustic field. Calculation of acoustic radiation force on a particle nearby boundaries is one of the critical tasks, as it approximates realistic applications. Nevertheless, it is quite difficult to solve the problem by theoretical method when the boundary conditions are intricate. In this study, we present a finite element method numerical model for the acoustic radiation force exerting on a rigid cylindrical particle immersed in fluid near a rigid corner. The effects of the boundaries on acoustic radiation force of a rigid cylinder are analyzed with particular emphasis on the non-dimensional frequency and the distance from the center of cylinder to each boundary. The results reveal that these parameters play important roles in acoustic manipulation for particle-nearby complicated rigid boundaries. This study verifies the feasibility of numerical analysis on the issue of acoustic radiation force calculation close to complex boundaries, which may provide a new idea on analyzing the acoustic particle manipulation in confined space.     

Bessel驻波对椭球形液滴的声辐射转矩

在实际的声操控中,由于声辐射力、表面张力和重力的共同作用,液滴往往呈现出椭球的形状,在螺旋声场中会受到力矩的作用而发生转动。从声波的散射理论出发,根据部分波展开法求解得到了椭球形液滴在Bessel驻波场中的声散射系数,并给出了其受到的声辐射转矩的解析式。在此基础上,对椭球形不可压缩液滴和椭球形可压缩液滴分别进行数值计算。仿真结果表明,不可压缩液滴的声辐射转矩与声束半锥角的关系更密切,而可压缩液滴则更依赖于特定的频率;提升Bessel驻波场的阶数有利于增强声辐射转矩的峰值,但在中低频处较难对可压缩液滴产生明显的力矩。该研究结果预期对利用螺旋声场进行液滴的操控具有理论指导作用。      

声悬浮高温小球轴向稳定性研究

针对驻波声悬浮高温小球的轴向稳定性,建立了声-热-流-重力场耦合的物理模型,采用有限元方法计算了高温小球周围空间的不均匀温度场和声场,分析了驻波声场中直径2 mm的氮化硅小球在300～2000 K温度区间的轴向悬浮稳定性,并通过常温下声悬浮实验验证了仿真模型的准确性。结果表明在初始悬浮间距满足谐振并保持不变的条件下,随着悬浮小球的温度升高,小球的平衡位置降低,并且存在能保持稳定悬浮状态的温度最大值。在小球升温的过程中,通过反馈调节发射端-反射端间距和发射端激励电压,可以在一定程度上保持高温小球的轴向悬浮稳定性。     

超声平面波经颅成像相位校正方法

超声平面波经颅成像时,由于颅骨对超声传播的影响引起图像质量下降,需要对颅骨造成的超声相位畸变进行校正.为此,该文研究了两种相位补偿方法:基于近似射线声学的理论方法和基于时间反转的数值计算方法,并利用数值仿真对比了两种方法的补偿和成像效果.结果表明:无论使用近似射线法还是时间反转法,都能够有效地校正因颅骨造成的相位畸变;...