类流体超材料中的点声源高效传输技术研究
发布时间：2020-12-10 17:53
利用光声成像技术采集细胞信息,已经被用于发现和诊断肿瘤、心脑血管、脑功能等重大疾病。当前光声成像系统中光声信号的采集主要是远场成像,由于倏逝波频率很高,无法远距离传输。因此,本文从光声成像中的点声源研究入手,基于当前负折射率超材料的发展,设计了一种类流体超材料结构,实现了倏逝波在材料内部的负折射传输,降低了点声源远场成像中倏逝波的传输损耗。本文的研究内容主要包括以下几个方面:首先,基于负折射率超材料设计思想构建了一种可以抑制横波传输的类流体超材料结构,并通过仿真模拟和放大实验深入分析了其声波传输特性。实验表明,该结构可以有效抑制横波的传输,同时具有良好的纵波传输效应。随后,深入探究了在类流体超材料中的纵波传输特性。其次,针对高频率的倏逝波难以远距离传输的问题,利用类流体超材料结构设构建了可以实现点源搬移、声波定向低损耗传输的模型,包括轴对称管状结构模型、线缺陷态结构声传输模型、人工周期结构模型以及部分特殊结构的声传输模型,并对此进行了相应的仿真测试实验。实验表明这些声传输模型具有良好的声波聚焦和定向传输特性,可以满足点声源倏逝波高效传输的需求。最后,针对部分情况下光声信号强度比较低的问...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
光声成像原理图
同时,本文采用点源简化模型,这样可以在不影响研究结果的基础上,尽可能减少需要研究的物理量。为了准确地进行声学传输特性的描述,本文主要保留了压强,温度、体积元和密度四个物理量。光声信号是一种超声波,频率通常是几百千赫到几十兆赫,其超声波的产生主要是由于变化的温度引起的。光声信号的强度与多个物理量都有一定的关联度,具体主要包括高能脉冲激光的频率和强度、被照射物体自身的光吸收特性、光声信号的频率等。
为了进一步计算光声成像中光声信号的传输特性,需要对“点声源”的声场传输模型进一步细化。本文在上述理论模型的基础上,引入了声学透镜模型,如图2-3所示。在图2-3的模型中,用于模拟被检测物体的点声源被放置在声学透镜的左侧,距离声学透镜为。为了简化模型的计算,声学透镜采用了二维平面展示,即固定为物平面上。在完成光声成像后,会在声学透镜的右侧观察到点声源的“声学像”,其距离声学透镜的距离为。随后进行点声源声传输特性的计算。点声源声传输特性的计算是通过计算声场振幅分布实现的。在光声成像的传输过程中,首先计算点声源的声场振幅分布。随后计算声波进入声学透镜后的声场振幅。最后再计算成像点的声场振幅。在完成上述计算后,即可进行点声源与成像点的声压等声学特性的对比,并计算在传统声材料中声传输的脉冲响应。虽然光声成像中被成像物体所发出的声波并非规则性的球面波,但根据傅立叶线性系统理论,这种简单的线性叠加计算被认为是有效的。这样就可以将复杂的光声成像问题简化为点声源的成像问题。
【参考文献】：
期刊论文
[1]光声成像技术研究[J]. 邢计元,马英翔,焦运良. 科技视界. 2020(04)
[2]圆形烧蚀光斑的纵波声场分析[J]. 王玉庆,郑晓彦,马世榜. 激光与红外. 2018(12)
[3]声学超材料与超表面研究进展[J]. 丁昌林,董仪宝,赵晓鹏. 物理学报. 2018(19)
[4]Acoustic focusing through two layer annuluses in air[J]. 管义钧,孙宏祥,刘树森,袁寿其,夏建平,葛勇. Chinese Physics B. 2016(10)
[5]线状烧蚀光源作用时瑞利表面波的指向性研究[J]. 刘品潇,马世榜,黄荣杰. 激光与红外. 2016(09)
[6]基于光声光谱法检测盐酸克伦特罗的研究[J]. 龚雨含,王崇皓,马亮,龚瑞昆. 湖北农业科学. 2016(05)
[7]基于可调谐脉冲激发的血糖浓度光声无损检测研究[J]. 任重,刘国栋,黄振. 中国激光. 2016(02)
[8]斜入射激光支持燃烧波时纵波声场的指向性[J]. 马健,赵扬,张振振,高岩,孙继华,巨阳. 强激光与粒子束. 2016(02)
[9]光声成像研究进展[J]. 苗少峰,杨虹,黄远辉,宫睿,邵晓鹏,毕祥丽. 中国光学. 2015(05)
[10]激光超声横波声场指向性的研究[J]. 刘品潇,马世榜,黄荣杰. 激光杂志. 2015(09)
博士论文
[1]光声成像技术的重建算法与实验研究[D]. 宋智源.天津大学 2009
硕士论文
[1]基于光声技术的血糖无损检测与成像研究[D]. 丁宇.江西科技师范大学 2019
本文编号：2909124
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
光声成像原理图
同时,本文采用点源简化模型,这样可以在不影响研究结果的基础上,尽可能减少需要研究的物理量。为了准确地进行声学传输特性的描述,本文主要保留了压强,温度、体积元和密度四个物理量。光声信号是一种超声波,频率通常是几百千赫到几十兆赫,其超声波的产生主要是由于变化的温度引起的。光声信号的强度与多个物理量都有一定的关联度,具体主要包括高能脉冲激光的频率和强度、被照射物体自身的光吸收特性、光声信号的频率等。
为了进一步计算光声成像中光声信号的传输特性,需要对“点声源”的声场传输模型进一步细化。本文在上述理论模型的基础上,引入了声学透镜模型,如图2-3所示。在图2-3的模型中,用于模拟被检测物体的点声源被放置在声学透镜的左侧,距离声学透镜为。为了简化模型的计算,声学透镜采用了二维平面展示,即固定为物平面上。在完成光声成像后,会在声学透镜的右侧观察到点声源的“声学像”,其距离声学透镜的距离为。随后进行点声源声传输特性的计算。点声源声传输特性的计算是通过计算声场振幅分布实现的。在光声成像的传输过程中,首先计算点声源的声场振幅分布。随后计算声波进入声学透镜后的声场振幅。最后再计算成像点的声场振幅。在完成上述计算后,即可进行点声源与成像点的声压等声学特性的对比,并计算在传统声材料中声传输的脉冲响应。虽然光声成像中被成像物体所发出的声波并非规则性的球面波,但根据傅立叶线性系统理论,这种简单的线性叠加计算被认为是有效的。这样就可以将复杂的光声成像问题简化为点声源的成像问题。
【参考文献】：
期刊论文
[1]光声成像技术研究[J]. 邢计元,马英翔,焦运良. 科技视界. 2020(04)
[2]圆形烧蚀光斑的纵波声场分析[J]. 王玉庆,郑晓彦,马世榜. 激光与红外. 2018(12)
[3]声学超材料与超表面研究进展[J]. 丁昌林,董仪宝,赵晓鹏. 物理学报. 2018(19)
[4]Acoustic focusing through two layer annuluses in air[J]. 管义钧,孙宏祥,刘树森,袁寿其,夏建平,葛勇. Chinese Physics B. 2016(10)
[5]线状烧蚀光源作用时瑞利表面波的指向性研究[J]. 刘品潇,马世榜,黄荣杰. 激光与红外. 2016(09)
[6]基于光声光谱法检测盐酸克伦特罗的研究[J]. 龚雨含,王崇皓,马亮,龚瑞昆. 湖北农业科学. 2016(05)
[7]基于可调谐脉冲激发的血糖浓度光声无损检测研究[J]. 任重,刘国栋,黄振. 中国激光. 2016(02)
[8]斜入射激光支持燃烧波时纵波声场的指向性[J]. 马健,赵扬,张振振,高岩,孙继华,巨阳. 强激光与粒子束. 2016(02)
[9]光声成像研究进展[J]. 苗少峰,杨虹,黄远辉,宫睿,邵晓鹏,毕祥丽. 中国光学. 2015(05)
[10]激光超声横波声场指向性的研究[J]. 刘品潇,马世榜,黄荣杰. 激光杂志. 2015(09)
博士论文
[1]光声成像技术的重建算法与实验研究[D]. 宋智源.天津大学 2009
硕士论文
[1]基于光声技术的血糖无损检测与成像研究[D]. 丁宇.江西科技师范大学 2019
本文编号：2909124
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/2909124.html
