多元高斯声束叠加模型在隐蔽工程的识别应用

为准确识别地下隐蔽性建筑物的内部基本信息并实现三维图像可视化,将多元高斯声束叠加模型与相控阵超声原理结合对隐蔽性工程进行识别,为无损识别提供一种新方法.结合工程实际情况,分别对地下结构的板和外墙进行识别,绘制出识别值与设计值的数据对比直方图,并结合误差分布走向图对比分析,确保该方法的识别精度.结果表明,该方法可以清晰描述识别物的基本信息,且识别数值接近设计数值,最大误差不超过2 mm.与传统方法相比,既实现了无损识别,又为隐蔽性工程的三维信息识别提供可靠的技术手段.

利用高斯声束叠加法研究圆形活塞聚焦换能器的非线性声场

由于高斯函数的积分简单性，利用高斯声束叠加法对圆形活塞聚焦换能器在有损媒质中产生的基波二次谐波声场进行了理论计算，并建立了相应的实验测量系统，实验结果与理论计算结果符合得较好．

基于声束追踪的变厚度曲面工件超声探头位姿规划

针对传统变厚度曲面工件穿透法自动超声检测时各检测点声压变化大、信噪比低等问题,将多元高斯声束叠加声场建模方法引入曲面工件超声检测系统,建立接收声场数学模型,分析了检测参数对接收声压的影响,仿真与试验表明接收声压对探头姿态十分敏感,常规方法中探头位姿与声束路径间存在的小角度不可忽略,提出了基于声束追踪的探头位姿规划方法。针对双三次B样条曲面工件,先以常规方法确定发射探头位姿,然后从发射探头开始,追踪系统中声束,确定接收探头位姿。实际应用表明,与常规方法相比,基于声束追踪的探头位姿接收到的信号强、信噪比高,检测更精确。

活塞聚焦换能器引起温度提升的研究

由于高强度聚焦超声的出现,活塞聚焦换能器引起的温度场日益受到重视。本研究基于生物热传导方程(Pennes方程)及高斯声束叠加法理论,给出了由活塞聚焦超声引起的温度提升理论模型,并计算温度场的横向分布。实验采用猪的肝脏组织和脂肪组织,采用活塞聚焦换能器加热的方法,用热电偶测量可组织内的温度提升,并将计算结果与实验结果进行了对比分析。结果表明:在弱聚焦且声源强度小于3.0 wW/cm2的情况下,此模型可准确预测生物组织的温度分布,生物组织温度的提升主要决定于线性声场,并且与换能器参数有关,温度的提升随着换能器的声功率、频率、半径的增加而增加,随焦距的增加而减小,随媒质的灌注长度的增加而增加。

圆锥面PVDF聚焦换能器的非线性声场理论及实验研究

圆锥面聚焦换能器可在超声成像中获得较好径向分辨率的同时提高探测深度.利用高斯声源函数叠加法来近似表示圆锥面聚焦声源的分布函数,结合近轴近似的KZK方程,得到了圆锥面聚焦换能器在损耗媒质中产生的基波、二次谐波声场的解析解.在实验上制作了PVDF圆锥面聚焦换能器,测量了圆锥面聚焦换能器的基波及二次谐波声场,实验结果和理论计算相符.

自聚焦线阵声场特征和检测应用

相控阵超声技术近些年发展迅速,并被广泛应用于工业无损检测领域,但采用线阵换能器检测时,存在阵元长轴方向检测分辨力较差的问题。针对传统线阵换能器无法在阵元长轴方向聚焦的问题,提出采用自聚焦线阵换能器检测,可同时在阵元长轴和短轴方向获得较好检测分辨力。针对自聚焦线阵换能器声场计算方法和分布特征开展研究,发展了非近轴近似高斯声束叠加方法来计算自聚焦线阵辐射声场,为验证该方法的有效性,与瑞利积分数值方法进行精度和效率比较。进一步,利用上述理论方法来对比分析传统线阵和自聚焦线阵焦点强度、焦点尺寸和焦柱长度等参数随偏转角度变化的分布特征。对圆柱形工件进行检测,结果表明自聚焦线阵换能器可以检测出普通线阵换能器难以检测出轴向缺陷。理论和试验结果表明所提出的非近轴近似高斯声束叠加方法可以较准确地计算自聚焦线阵辐射声场,同时自聚焦线阵换能器对轴向和环向缺陷的检测灵敏度均较高。