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聚焦换能器声场特性的快速检验方法
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作者 马蕊生 李文溢 +3 位作者 胡济民 李禹志 郭各朴 马青玉 《南京师范大学学报(工程技术版)》 CAS 2024年第2期20-27,49,共9页
高强度聚焦超声(HIFU)已在无创肿瘤治疗方面展示出巨大的应用潜力,而换能器聚焦性能的优劣对疗效起到至关重要的作用,因此声场的精确测量成为实际应用的重要保障.由于加工工艺和安装精度的限制,聚焦换能器的实际声场和理想声场可能存在... 高强度聚焦超声(HIFU)已在无创肿瘤治疗方面展示出巨大的应用潜力,而换能器聚焦性能的优劣对疗效起到至关重要的作用,因此声场的精确测量成为实际应用的重要保障.由于加工工艺和安装精度的限制,聚焦换能器的实际声场和理想声场可能存在一定偏差.针对传统三维扫描测量存在速度慢和精度低的问题,提出了一种基于双平面双精度测量的聚焦换能器声场特性快速检验方法.通过沿理想z轴的高精度一维扫描确定换能器倾斜角范围,在声压极值点所在横截面内利用低精度和高精度变邻域搜索法实现最大声压点的精准定位,进一步通过焦域内双平面最大声压点构建声场的实际轴线,完成实际声场焦点的精确定位,最后基于实际焦平面内轴向与径向的高精度测量结果,计算获得焦域尺寸、旁瓣大小、分布对称性和声功率等性能参数.利用构建的声场扫描实验系统对聚焦换能器声场进行三维扫描和快速测量,结果表明在相同的测量精度(0.1 mm)下可以有效提高测量速度百倍以上,具有测量速度快、测量精度易于调节和性能分析全面等优点.方法为聚焦换能器检验提供一种高精度的快速声场测量新技术,在超声治疗仪器的检验中具有重要的指导意义与应用价值. 展开更多
关键词 聚焦换能器声场 双平面双精度测量 变邻域搜索法 性能参数
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基于大张角双频聚焦换能器的振动声成像
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作者 曹琳娜 罗婕妤 +2 位作者 确太降初 周小伟 李雁浩 《中国医学物理学杂志》 CSCD 2024年第5期554-562,共9页
为提高振动声成像方法的空间分辨率,采用大张角双频聚焦换能器构建改进的振动声成像系统。基于该系统,以仿体为实验对象,探究振动声成像空间分辨率,测试该成像方法在不同声学特性仿体上的成像效果,研究接收水听器位置、差频对振动声成... 为提高振动声成像方法的空间分辨率,采用大张角双频聚焦换能器构建改进的振动声成像系统。基于该系统,以仿体为实验对象,探究振动声成像空间分辨率,测试该成像方法在不同声学特性仿体上的成像效果,研究接收水听器位置、差频对振动声成像结果的影响,并使用k-Wave建立仿真模型探究换能器元件分布对振动声成像结果的影响。结果表明基于大张角双频聚焦换能器的振动声成像系统空间分辨率较高,对声学特性不同的仿体成像具有良好的对比度和特异性,接收水听器的位置和换能器元件分布对成像结果影响较小,差频的选取对成像质量至关重要。该研究有望为振动声成像技术的发展进步提供新思路,推动该技术进一步走向实际应用。 展开更多
关键词 大张角双频聚焦换能器 超声激发声发射 振动声成像 空间分辨率 聚焦超声
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自聚焦换能器的声场研究 被引量:12
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作者 夏荣民 寿文德 +1 位作者 孙俊霞 严加勇 《应用声学》 CSCD 北大核心 2001年第5期16-20,共5页
高强度聚焦超声(HIFU)治疗局部肿瘤是一项无创伤的新技术,有着很好的应用前景,因此对其声场的研究是有实际的价值的.对声场的研究不仅有利于换能器的设计,提高治疗的效果;而且有助声场测量方案的设计,提高对治疗超声剂量的... 高强度聚焦超声(HIFU)治疗局部肿瘤是一项无创伤的新技术,有着很好的应用前景,因此对其声场的研究是有实际的价值的.对声场的研究不仅有利于换能器的设计,提高治疗的效果;而且有助声场测量方案的设计,提高对治疗超声剂量的安全保证.本文采用时域有限差分法研究了自聚焦换能器的声场,分别对简谐波,脉冲波进行了研究.比较清楚地看出在焦区的声场可以认为是平面波,这对光纤端面法声场测量[1]提供了有力的支持. 展开更多
关键词 高强度聚焦超声 聚焦换能器 声场 时域有限差分 FDTD 超声疗法 肿瘤
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多阵元聚焦换能器声场的数值模拟及分析 被引量:6
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作者 林广义 汪炜 +2 位作者 刘正埙 王春武 林天军 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2006年第3期367-369,共3页
提出一种新型的多阵元聚焦换能器,该聚焦换能器由6个排列在一个球径为146 mm的凹球面上的透镜式单元换能器组成,透镜曲率半径为112 mm,工作频率为1 MHz。该文应用坐标变换法对该聚焦换能器的复杂声场分布进行了数值计算,并测定了其声功... 提出一种新型的多阵元聚焦换能器,该聚焦换能器由6个排列在一个球径为146 mm的凹球面上的透镜式单元换能器组成,透镜曲率半径为112 mm,工作频率为1 MHz。该文应用坐标变换法对该聚焦换能器的复杂声场分布进行了数值计算,并测定了其声功率。研究结果表明:该结构具有较大的聚焦深度、较理想的焦域、可改变的声场能量,工艺简单,成本低廉。 展开更多
关键词 聚焦换能器 声场 声功率 激波
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压电复合材料用于透镜式聚焦换能器的研究 被引量:4
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作者 何敏 郝琦 +5 位作者 王科鑫 曾德平 叶方伟 李发琪 王智彪 何虹莹 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期745-750,共6页
为了增加聚焦换能器的带宽,抑制其多模振动耦合现象,提高电声转换效率,实验采用1-3型压电复合材料代替压电陶瓷作为超声发射材料,设计并制作了一种新型的1-3型压电复合材料透镜式聚焦换能器。通过频率特性的对比研究,证明了1-3型压电复... 为了增加聚焦换能器的带宽,抑制其多模振动耦合现象,提高电声转换效率,实验采用1-3型压电复合材料代替压电陶瓷作为超声发射材料,设计并制作了一种新型的1-3型压电复合材料透镜式聚焦换能器。通过频率特性的对比研究,证明了1-3型压电复合材料透镜式聚焦换能器不仅能增加换能器的带宽,达到PZT压电陶瓷透镜式聚焦换能器带宽的3.13倍,而且能明显抑制径向振动,得到单一纯净的厚度振动模态。另外,1-3型压电复合材料透镜式聚焦换能器的电声转换效率达到PZT压电陶瓷透镜式聚焦换能器的1.88倍,为高效率聚焦超声换能器的实现提供了理论及实验基础。 展开更多
关键词 1-3型压电复合材料 聚焦换能器 声透镜 电声转换
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用锥面靶测量大口径聚焦换能器声功率的计算讨论 被引量:3
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作者 霍彦明 叶兆雄 +2 位作者 宋文章 吴敏 王智彪 《声学技术》 CSCD 2002年第4期168-170,共3页
辐射压力法是超声功率测量中常采用的方法,用辐射压力法测量声功率中对于不同反射靶面的功率与压力之间的换算关系是非常重要的。文章从能量守恒基础出发,推导了大口径聚焦换能器声场作用于锥面反射靶的功率与压力的换算关系,并将结果... 辐射压力法是超声功率测量中常采用的方法,用辐射压力法测量声功率中对于不同反射靶面的功率与压力之间的换算关系是非常重要的。文章从能量守恒基础出发,推导了大口径聚焦换能器声场作用于锥面反射靶的功率与压力的换算关系,并将结果应用于凹锥面反射靶计算。 展开更多
关键词 锥面靶 测量 大口径聚焦换能器 计算 辐射压力法 HIFU 声功率 高强度聚焦超声
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几类旋转圆弧式自聚焦换能器的声场特性分析 被引量:9
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作者 霍彦明 陈亚珠 《声学学报》 EI CSCD 北大核心 2001年第1期13-18,共6页
通过分析和比较几种有代表性的旋转圆弧式曲面聚焦换能器的声场特性,探索了不同类型聚焦曲面换能器用于加温的可行性。结果表明:旋转抛物面具有良好的聚焦效果,可以形成明显的聚焦点。圆锥面和旋转星形面具有较好的轴向线性聚焦效果... 通过分析和比较几种有代表性的旋转圆弧式曲面聚焦换能器的声场特性,探索了不同类型聚焦曲面换能器用于加温的可行性。结果表明:旋转抛物面具有良好的聚焦效果,可以形成明显的聚焦点。圆锥面和旋转星形面具有较好的轴向线性聚焦效果,声束比较细,有较大的轴向加热范围。与圆锥面相比较,旋转星形面的声场受换能器参数影响小。在换能器设计中,设计者可根据不同加热对象,设计不同曲面换能器以达到最优加热效果。 展开更多
关键词 旋转圆弧式 聚焦换能器 声场特性 超声换能器 加热
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高频聚焦换能器声场的激光测量法 被引量:8
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作者 王月兵 平自红 《应用声学》 CSCD 北大核心 2003年第1期12-15,共4页
本文描述了一种使用激光测振技术测量高频聚焦换能器声场分布的方法,并给出了使用该方法对一个高频聚焦换能器进行测量的结果;通过理论计算对结果的正确性进行了验证。
关键词 高频聚焦换能器 声场 激光测振 声学测量 超声换能器
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聚焦换能器的研制和在超声特征成像中的应用 被引量:4
9
作者 连红运 陈以方 李庆 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第4期1264-1267,共4页
为了提高对层状复合金属材料缺陷的成像分辨率,需要用高灵敏度的聚焦换能器。针对我们研制的(F-Scan)全自动超声特征成像系统,用钛酸铅做压电晶片,不同颗粒度的钨粉做声透镜和背衬的主要材料,研制了主频为10~20MHz宽带窄脉冲聚... 为了提高对层状复合金属材料缺陷的成像分辨率,需要用高灵敏度的聚焦换能器。针对我们研制的(F-Scan)全自动超声特征成像系统,用钛酸铅做压电晶片,不同颗粒度的钨粉做声透镜和背衬的主要材料,研制了主频为10~20MHz宽带窄脉冲聚焦换能器,并用光学法拍摄了主频为10MHz的换能器的超声波声场在水中的聚焦过程及焦斑大小。在对层状复合金属材料检测时,缺陷的成像分辨率达0.5mm。 展开更多
关键词 超声特征成像 聚焦换能器 层状复合材料缺陷
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10MHz短脉冲超声聚焦换能器的工艺及效果 被引量:3
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作者 诸国桢 杨勇 卢克安 《声学技术》 CSCD 2001年第3期122-124,共3页
文章报导了为生物医学研究用的聚焦换能器 ,可以在水中发出延续时间为一个半周期 ,主频为 10MHz的超声脉冲。文中介绍了研制工艺 ,并给出换能器以下的物理特性 :1.用光学法拍摄的换能器在水中的聚焦过程 ;2 .激发换能器的电脉冲波形及... 文章报导了为生物医学研究用的聚焦换能器 ,可以在水中发出延续时间为一个半周期 ,主频为 10MHz的超声脉冲。文中介绍了研制工艺 ,并给出换能器以下的物理特性 :1.用光学法拍摄的换能器在水中的聚焦过程 ;2 .激发换能器的电脉冲波形及接收电压的波形和幅值 ;3 . 展开更多
关键词 生物医学研究 聚焦换能器 无损检测 超声脉冲 工艺 激发换能器 电脉冲波形
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聚焦换能器声强和声功率测量方法研究 被引量:8
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作者 于群 王月兵 +1 位作者 曹文旭 汤卓翰 《中国测试》 CAS 北大核心 2017年第1期27-32,共6页
针对聚焦声场的特点,以及辐射力天平(RFB)只能获得单一功率指标的缺点,提出一种基于近场测量法的聚焦换能器声强和声功率评价方法。通过声场测量系统对聚焦换能器预聚焦区域中两个平面上的声压扫描测量,运用声强法得到聚焦换能器的声强... 针对聚焦声场的特点,以及辐射力天平(RFB)只能获得单一功率指标的缺点,提出一种基于近场测量法的聚焦换能器声强和声功率评价方法。通过声场测量系统对聚焦换能器预聚焦区域中两个平面上的声压扫描测量,运用声强法得到聚焦换能器的声强分布以及辐射声功率。采用活塞换能器的远场测量法与近场测量法进行比对,两种方法得到的声功率误差不超过12%。比较预聚焦区域声功率值和焦点处声功率值,分析声功率评价方法的准确性。发现聚焦声场中不同位置处的声功率值一致性误差<5%,同一位置处的声功率值重复性误差<2%。结果表明,近场测量法适用于对聚焦换能器声强和声功率的评价,可有效避免直接测量对测量设备的损坏,同时还克服双水听器声强互谱法频率上限低以及测量系统相位不匹配的缺点。 展开更多
关键词 应用声学 声功率评价方法 声强法 聚焦换能器
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聚焦换能器在SiCp/Al复合材料超声无损检测中的应用 被引量:4
12
作者 魏勤 苏虹 彭如海 《实验力学》 CSCD 北大核心 2003年第2期265-270,共6页
本文扼要分析了聚焦换能器的声场特性及焦柱的直径和长度,并应用到超声C扫描成像系统中,提供了一种定量研究缺陷的无损检测方法.将聚焦换能器运用到SiCp/Al复合材料的无损检测中,能够判定缺陷的尺寸和形状;并根据缺陷形状和分布判定其性... 本文扼要分析了聚焦换能器的声场特性及焦柱的直径和长度,并应用到超声C扫描成像系统中,提供了一种定量研究缺陷的无损检测方法.将聚焦换能器运用到SiCp/Al复合材料的无损检测中,能够判定缺陷的尺寸和形状;并根据缺陷形状和分布判定其性质,同时也分析了缺陷对SiCp/Al复合材料力学性能的影响和缺陷形成的原因. 展开更多
关键词 聚焦换能器 SICP/AL复合材料 超声检测 无损检测 超声C扫描成像系统 力学性能
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基于1-3压电复合材料的透镜式聚焦换能器设计 被引量:2
13
作者 汤旭东 曾德平 +1 位作者 杨增涛 赵强 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2013年第4期545-548,共4页
为了抑制压电陶瓷透镜式聚焦换能器振动的多模耦合现象,提高换能器电声转换效率,采用1-3压电复合材料,设计了一种新型的透镜式聚焦换能器;首先计算并仿真了1-3压电复合材料的厚度谐振频率ft和厚度机电耦合系数kt,理论和仿真结果分别相差... 为了抑制压电陶瓷透镜式聚焦换能器振动的多模耦合现象,提高换能器电声转换效率,采用1-3压电复合材料,设计了一种新型的透镜式聚焦换能器;首先计算并仿真了1-3压电复合材料的厚度谐振频率ft和厚度机电耦合系数kt,理论和仿真结果分别相差2.947%和0.933%;接着对换能器做振动分析,结果表明,在换能器谐振频率ft处,声透镜中心径向振幅仅为厚度振幅的7.9%,径向振动得到有效抑制,这有助于提高换能器电声转换效率。 展开更多
关键词 1-3压电复合材料 声透镜 聚焦换能器 有限元分析 ANSYS
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阵列解析式超声聚焦换能器研制及空间感测分析方法研究 被引量:1
14
作者 宋国荣 秦登千 +4 位作者 刘兴奇 吕炎 李永春 何存富 吴斌 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期62-69,共8页
传统的超声聚焦换能器大都采用单一的压电感测元件作为接收源,接收信号为作用于压电材料上的反射声场积分结果,无法反映反射声场的空间分布特性。采用激励与接收相分离的方式,研制一种新型阵列解析式超声聚焦换能器,利用多个感测元件为... 传统的超声聚焦换能器大都采用单一的压电感测元件作为接收源,接收信号为作用于压电材料上的反射声场积分结果,无法反映反射声场的空间分布特性。采用激励与接收相分离的方式,研制一种新型阵列解析式超声聚焦换能器,利用多个感测元件为接收单元,通过一套基于FPGA技术的高速超声检测系统,实现了对被测试件反射声场的空间分布信号的采集和分析。阐述阵列解析式超声换能器的设计与制作方法,对换能器的多个感测元件的激励响应特性进行标定,利用该换能器的阵列感测元件的空间分布特性,对多角度声场感测信号进行分析和处理。以阶梯试件的台阶高度为测试对象开展空间感测声场测试方法分析试验研究,达到预期效果,为不规则裂缝缺陷检测奠定了基础。 展开更多
关键词 超声聚焦换能器 阵列解析式 反射声场 空间感测
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焦距可调的超声聚焦换能器研究 被引量:4
15
作者 宋存牛 马玉英 《陕西师大学报(自然科学版)》 CSCD 北大核心 1997年第4期47-51,共5页
动态聚焦超声换能器,由6个不同面积、等间距、等宽度的同心圆环和中心圆片组成的平面换能器作为声发射基阵,通过改变辐射孔径和每个辐射圆环的电激励信号延迟时间,实现动态聚焦;同时,保证各聚焦处声强一致.作者利用声辐射原理和... 动态聚焦超声换能器,由6个不同面积、等间距、等宽度的同心圆环和中心圆片组成的平面换能器作为声发射基阵,通过改变辐射孔径和每个辐射圆环的电激励信号延迟时间,实现动态聚焦;同时,保证各聚焦处声强一致.作者利用声辐射原理和傅里叶光学变换,推导出聚焦声场声压分布表达式,设计出换能器的具体结构参数.结果表明,该系统聚焦范围大,在77~157mm之间分6档可调.聚焦换能器近场声束较宽,不同聚焦处波束宽度在4.9~3.0mm范围内变化.通过计算机模拟仿真,取得和理论设计要求一致的结果. 展开更多
关键词 动态聚焦 换能器 声辐射 超声聚焦换能器 焦距
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20MHz超声聚焦换能器的设计及其应用 被引量:1
16
作者 连红运 齐峥 王书双 《科技导报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第2期66-69,共4页
为提高工业超声显微镜的成像分辨率,需要用高灵敏度的超声聚焦换能器。本文对研制的聚焦换能器的等效电路进行了理论分析,利用Matlab软件,数值模拟了聚焦换能器沿轴线方向辐射的脉冲聚焦声场,讨论了聚焦换能器的脉冲声场特性。采用特殊... 为提高工业超声显微镜的成像分辨率,需要用高灵敏度的超声聚焦换能器。本文对研制的聚焦换能器的等效电路进行了理论分析,利用Matlab软件,数值模拟了聚焦换能器沿轴线方向辐射的脉冲聚焦声场,讨论了聚焦换能器的脉冲声场特性。采用特殊工艺研制压电晶片,用环氧树脂和钨粉的混合物作背衬,由此研制的主频为20MHz宽带窄脉冲有源自聚焦换能器,在实际检测中回波仅有一个波形,缺陷的成像分辨率达0.4mm。 展开更多
关键词 超声显微镜 聚焦换能器 聚焦声场 压电晶片 成像分辨率
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高频聚焦换能器的研制
17
作者 金翠娥 卢超 +1 位作者 李玲 陆铭惠 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2011年第2期244-247,共4页
介绍制作高频聚焦换能器的相关理论,设计各项工艺参数,介绍了主频为8~10 MHz的聚焦超声换能器的制作过程。论述了换能器性能测试过程,由测试结果及分析可知,换能器发射的脉冲宽度约4个周期,性能优良,能在检测中分辨1 mm平底孔当量的缺陷... 介绍制作高频聚焦换能器的相关理论,设计各项工艺参数,介绍了主频为8~10 MHz的聚焦超声换能器的制作过程。论述了换能器性能测试过程,由测试结果及分析可知,换能器发射的脉冲宽度约4个周期,性能优良,能在检测中分辨1 mm平底孔当量的缺陷,基本达到了设计的预期效果。用研制的换能器进行柱塞孔检测,能明显检测到结合层的缺陷波。 展开更多
关键词 高频超声 聚焦换能器 灵敏度 无损检测
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活塞聚焦换能器引起温度提升的研究
18
作者 刘晓宙 龚秀芬 卢莹 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第6期914-919,共6页
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... 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。 展开更多
关键词 高斯声束叠加法 Pennes方程 温度提升 活塞聚焦换能器
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球形腔聚焦换能器的非线性声场建模 被引量:4
19
作者 耿昊 邱媛媛 章东 《声学学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第3期380-384,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 聚焦换能器 非线性方程 球形腔 声场 时域有限差分法 高强度聚焦超声 建模 聚焦精度
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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 被引量:4
20
作者 张波 章东 龚秀芬 《南京大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2001年第1期91-96,共6页
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.
关键词 高斯声束叠加法 聚焦换能器 非线性声场 圆形活塞 非线性声学
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