基于环形阵列的医学超声成像系统设计

针对传统手持式医学超声扫描成像视野狭窄、非标准化等问题,设计并实现了一套基于环形阵列的超声成像系统,包括512阵元超声环形阵列、256/1024通道超声采集电路、基于PCIe总线的数据传输模块以及相应的采集控制和快速成像软件。多通道采集电路由8个32/128超声收发控制模块组成,可控制512个环阵阵元在12 s内完成全矩阵数据采集和高速传输,实测数据传输效率达1.2 Gb/s。系统具备0.16~15 MHz的频带宽度,以及12.5~100 MHz 4档可调的A/D采样率,有利于适配更广泛的临床和实验需要。采集控制软件可设置多模式超声数据采集,实现快速成像监测和全矩阵数据存储,用于后续的图像精细重建。仿组织体模和活体成像实验表明,系统成像范围大于10 cm×10 cm,能够分辨1 mm的异常,可准确重建生物组织中脂肪、肌肉、骨组织等界面,验证了该系统可以实现大视野的标准化医学超声影像。

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。

脉动气泡在黏性介质中的声发射

在气泡辐射声问题中一直被使用的气泡声发射公式并未考虑介质的黏性在声波传播过程中产生的影响.本文结合气泡的边界条件,对黏性介质中的声波方程进行求解,给出黏性介质中经过修正的气泡的声发射公式,进行气泡动力学方程求解和有限元仿真等数值计算后发现,在考虑介质的黏性时,本文提出的黏性介质中气泡声发射公式所计算出的声压小于经典气泡声发射公式计算出的声压,并且随着介质黏度、超声频率以及传播距离的增加,二者之间的误差逐渐增大.

基于环形阵列的肌骨超声高分辨率断层成像

超声断层成像技术因具有非侵入性、成本效益高、无辐射危害和设备便携等优势,正快速成为医学成像领域快速发展的焦点。然而,超声波在肌骨组织等声阻抗对比度较高的介质中传播时往往会产生复杂的散射现象,导致接收信号的波形畸变与幅度衰减,进而限制了超声断层成像的分辨率和精度。为此,采用环形阵列针对肌骨组织(包含数字体模和在体组织)进行了全矩阵数据采集,实现在大孔径条件下采集反射、透射、多次散射等多种模式的超声信号,然后运用多种算法重建目标截面的结构和参数图像。其中,延时叠加被用于对强反射界面的结构成像;渡越时间断层成像则有助于重建目标截面的低分辨率声速分布图像;而全波形反演则可在渡越时间断层成像的基础上,通过求解非线性反演问题生成更高分辨率的声速分布图像。通过仿真与实验测试,验证了结合渡越时间断层成像和多尺度频域全波形反演的方法,能够精确重建目标截面的不同组织成分,如皮肤、脂肪、肌肉和骨骼等,且分辨率达到0.4 mm。本文工作扩展了超声在医学成像领域的应用范围,对肌骨疾病的精确诊断具有重要的临床价值。

基于SVMD-EWT的超声组织谐波成像算法研究

针对超声组织谐波成像中宽带射频回波信号的谐波分离问题,提出了一种基于逐次变分模态分解(SVMD)和经验小波变换(EWT)的信号滤波算法,简称SVMD-EWT。其对信号进行逐次变分模态分解,收集窄带模态的中心频率。结合经验小波变换中自适应频谱曲线局部极小值寻找方法对模态进行分类。将判定为基波成分与谐波成分相互混叠的模态的能量作为优化经验小波变换模态边界的参数,设计经验小波滤波器对超声射频回波信号做滤波处理。仿真和实验表明相比传统的人为给定截止频率的带通滤波器和将发射反相位信号得到的回波信号相加滤波的脉冲反转法,本文提出的方法具有更好的滤波性能和稳定性。带通滤波器和本文方法滤波后生成的乳腺肿瘤谐波B超图对比度分别为15.77 dB和20.78 dB。

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。

倾斜地层中的井孔声场研究

研究声波在倾斜充液井孔中的传播对于声波测井数据处理和解释具有重要意义.应用三维交错网格有限差分方法模拟了处于倾斜各向同性分层地层中的井孔声场.首先,针对均匀地层中单极子声源在裸眼井中激发的声场,将有限差分的结果和实轴积分法的结果进行对比验证.然后,采用单极子和偶极子两种声源,针对地层分界面和井轴间的不同倾角,计算了相应的声场分布和井轴上的接收波形.数值计算的结果表明,当声源处于倾斜分界面以下,即处于快速(下方)地层,接收器处于倾斜分界面以上(慢速)地层时,随着地层倾斜角度的加大,测得的慢度值从接近上方慢速地层值逐渐减小直至接近下方快速地层的值.任何源距情况下测得的首波慢度均小于上方地层实际的纵波慢度.并且,慢度与源距的关系曲线随源距的加大逐渐平缓.用偶极子声源激发得到的横波慢度与纵波结果相同,并表现得比纵波对倾角的改变更敏感.上述结论在本文中用声场快照和利用合成接收波列的慢度计算得以清楚显示,并且用射线声学理论验证.

非轴对称结构井孔声场的实验研究

本实验为轴对称井孔结构和非轴对称井孔结构声场的对比实验,通过分别记录这两种结构井孔上不同源距的接收波形来完成。对接收波列作了二维谱处理并和应用有限差分法得到的相应结果作对比,获得了比较一致的结果。由此证明我们应用有限差分法来研究非轴对称井孔声场的方法是正确可靠的。

用于弹性波方程模拟的基于逐元技术的谱元法

由于结合了谱方法和有限元法的优势,谱元法为弹性波方程的数值模拟提供了一种新的有效工具.文中从弹性动力学方程的弱形式出发,详细阐述了使用Legendre正交多项式展开的谱元法基本理论及相应数学公式.单元内的弹性波场用高阶Lagrange插值近似,而每个单元上的数值积分采用Gauss-Lobatto-Legendre积分方法.如此可得到对角形式的全局质量阵,简化了运算.逐元技术被用于Legendrc谱元程序中,极大地减少了内存和计算需求.最后,四个数值算例被用于验证这种谱元法的高精度和强适应性.同时证明这种新的谱元法很适合用于那些具有复杂结构,包括起伏自由表面的非均匀介质中的弹性波模拟.

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。

多网格谱元法及其在高性能计算中的应用

针对传统谱元法在每个单元内只能存在单一均匀介质,应用在复杂非均匀介质的波传播模拟中可能造成极大计算规模的问题,发展了多网格谱元法。该方法在谱元法单元内引入独立的辅助网格,用于精细描述单元内的介质和外力分布变化,在较稀疏的主网格上进行波场的求解。基于声波和弹性波方程推导了多网格谱元法公式,并对几种典型模型进行了波场的数值模拟。与传统谱元法的对比结果表明,此算法在复杂非均匀介质的弹性波传播模拟中可以利用较少的网格点数达到不低于传统算法的精度。此外,实现了并行化的多网格谱元法,获得了较好的并行效率。

弹性波传播模拟的Chebyshev谱元法

通过在每一个单元中采用谱展开近似,Chebyshev谱元法兼具了有限元处理边界及复杂结构的灵活性和谱方法的快速收敛特性,为弹性波传播的数值模拟提供了一种有效工具。从加权余量原理出发,详细阐述了Chebyshev谱元法用于弹性波传播模拟的基本理论及相应数学公式.给出了使用Chebyshev正交多项式展开得到的,存在等参变换时有关单元质量矩阵和单元刚度矩阵的精确积分公式。同时应用逐元技术极大地减少了内存和计算需求.最后,两个数值算例被用于验证这种谱元方法的高精度和强适应性。

声波在高炉炉料中传播的研究

从实验和理论两方面研究声波在高炉炉料中的传播规律。高炉炉料是非均匀的随机介质，在实验中采用了空化声源，测得不同频率的声衰减系数。在理论分析中我们采用了输运理论的漫射近似万法。理论和实验的结果基本一致。研究表明，引起声波在炉料中的衰减主要由单个炉料的散射截面和吸收截面的几何平均数与炉料数密度的乘积决定。

2.5维有限差分算法在井孔声场研究中的应用

本文介绍了 2 5维有限差分法的推导和计算过程 ,将它在轴对称井孔声场中的计算结果和用其他解析方法得到的结果进行了对比 ,得到了相当一致的结果。文中讨论分析了 2 5维有限差分法应用于井孔声场计算中需注意的问题 ,并指出应用 2

学习领域课程模式下实训基地的建设

浙江建设职业技术学院学习德国楼宇智能技术专业学习领域课程方案的框架教学计划，开发适合中国职业院校教学的课程方案，重点进行以行动体系为导向、以能力开发为本位、以真实环境为目标、以生产技术为手段、以多元功能为一体的实训基地建设实践。

钢管混凝土柱施工技术

简述钢管混凝土柱结构特点,着重评述钢管柱与钢管柱芯微膨胀混凝土的施工技术。

高大模板工程中组合支撑架体的设计与施工

为保护高价值设备,采取槽钢保护架及其上搭设扣件式钢管支撑架的组合支撑施工,使工程顺利完工。

NPR锚索对跨断层软岩大变形隧道控制技术研究

为探究NPR锚索对东马场跨断层软岩大变形隧道控制效果,首先对NPR锚索进行静力拉伸试验,验证其恒阻大变形的能力和具有良好的抵御外力的效果;随后开展NPR锚索对东马场隧道围岩变形控制的三维物理模型试验。试验现象和数据表明:在开挖过程中,隧道围岩也没有出现较大垮落和坍塌,NPR锚索对软岩隧道围岩有较好的支护效果。在加载完成后,NPR锚索对非断层处的隧道围岩最大位移约为14 mm,断层处的围岩最大位移约为21 mm,隧道区域所受应力分布的不规律性,导致隧道围岩出现挤压变形,位移曲线呈振荡状。在NPR锚索的支护下,围岩应力最大发生在左拱肩,围岩临空面3 cm处切应力最大(0.3 MPa),隧道未出现大规模的不对称破坏现象,隧道总体呈现出“小塌而不垮”,变形总体可控。

用于波动方程模拟的Chebshev谱元法

1引言 在瞬态分析,工程地震学,计算声学等领域(如无损检测,油气勘探等),如何利用数值计算的方法更精确地得到弹性波动方程的解一直是国内外研究者的工作重点.随着计算机技术的发展,一些原来影响数值计算方法应用的瓶颈一一被克服,但对于大型的复杂二维问题或三维问题的研究,仍然对原有的数值模拟方法提出了挑战. ……

蹬空开采条件下雨汪煤矿的110工法相似模拟研究

以雨汪煤矿1010201工作面为研究背景,开展蹬空开采110工法相似模拟试验研究,利用应变监测系统和MatchID散斑非接触测量系统,从应力场和位移场2个方向监测不同阶段上覆岩体和巷道围岩的变形特征,探究上覆岩体裂隙带运动规律。研究结果表明,推进40 cm时,非切缝侧直接顶出现部分垮落;推进80 cm时,直接顶完全垮落;推进100 cm时,基本顶大面积垮落,工作面被完全填充,上覆岩体变形趋于稳定。垂直位移监测云图表明,顶板最大垂直位移为34 mm,底板最大垂直位移为16 mm。说明切顶卸压技术和NPR锚索支护补偿力学理论对超载条件下的蹬空开采仍然具有良好的适用性,通过垮落岩体的碎胀效应对工作面充填支撑,使得基本顶范围内岩体和巷道围岩变形得到了良好的控制,一定程度地减小了地表沉降,并且沿空留巷效果显著,为实际工程施工提供了科学依据和理论指导。