聚焦超聲聲功率和聲場測試實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、聚焦超聲聲功率和聲場測試實(shí)驗(yàn)報(bào)告【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、掌握輻射力天平法測量聲功率的原理及其計(jì)算方法。2、掌握水聽器法測量聚焦超聲聲場的原理及方法。3、掌握輻射力天平法測量聲功率、水聽器法測量聲場?！緦?shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器】 聲學(xué)實(shí)驗(yàn)水槽、透聲薄膜、新鮮離體牛肝組織、生物組織脫氣裝置、刻度尺、解剖刀、超聲聲功率計(jì)、HIFU治療頭、HIFU功率源、HIFU水處理裝置等。 治療頭參數(shù)：直徑:150mm ，頻率: 0.84MHz，焦距:110mm。【實(shí)驗(yàn)原理】聲功率的測量采用的是輻射力天平法。輻射力天平法是建立在自由場中的聲波行波作用于障礙物（靶）上的郎之萬輻射力與聲源聲功率成正比例關(guān)系的原理基礎(chǔ)之上的。測定靶上所

2、受的輻射力，通過用比例常數(shù)計(jì)算出聲功率。此方法適用范圍已達(dá)到25MHz ，在低頻范圍內(nèi)，量程可以達(dá)到500W以上。郎之萬輻射壓力：聲場中隨流點(diǎn)一起運(yùn)動(dòng)的物體，表面上受到的時(shí)間平均壓力與無限遠(yuǎn)處的靜壓力之差。它等于聲場中流點(diǎn)處平均動(dòng)能密度和平均位能密度之和。即流點(diǎn)的能量密度的時(shí)間平均值。它與媒質(zhì)的非線性無關(guān)，是由橫向尺度不受限制的平面波產(chǎn)生的。當(dāng)使用全吸收靶時(shí), (c 為媒質(zhì)聲速)；球面聚焦聲束(半孔徑角)，垂直入射全吸收靶時(shí)，；聚焦器中間開有圓孔時(shí)：其中 為球面聚焦聲束的半孔徑角， 為聚焦器中間的圓孔的半孔徑角。本實(shí)驗(yàn)采用的換能器為中間開有圓孔的球面聚焦換能器。聲場特性測量采用水聽器法。采用已

3、校準(zhǔn)的性能適當(dāng)?shù)臏y量水聽器，置于水中聲場內(nèi)測量場點(diǎn)的聲壓波形及其分布。聲場中水聽器接收面所在位置的聲壓PH(x、y、z、t)可由水聽器的輸出電壓UH(x、y、z、t)得到： PH(x、y、z、t)= UH(x、y、z、t)/MLML為水聽器自由場電纜末端有載電壓靈敏度。在連續(xù)波作用的聚焦換能器的聲場中，使用水聽器采集焦點(diǎn)附近區(qū)域的聲壓值，并通過軟件模擬出自由場中超聲聲場特性?！緦?shí)驗(yàn)步驟】1、在水槽一端將水聽器安裝在三維運(yùn)動(dòng)裝置上，把輸出端接在示波器上；在水槽另一端將換能器固定在水槽中。2、將治療頭的功率由小到大調(diào)節(jié)到水聽器的測量范圍之內(nèi)，觀察示波器的波形，并不斷調(diào)整示波器的顯示值，達(dá)到最佳讀數(shù)

4、效果。3、在治療頭產(chǎn)生的聲場區(qū)域不斷移動(dòng)水聽器的位置，尋找最大聲壓處；找到最大聲壓值處時(shí)，記錄下坐標(biāo)；固定三維坐標(biāo)中的任意兩個(gè)方向，順著第三個(gè)方向左右移動(dòng)水聽器，并分別記錄下坐標(biāo)和聲壓值?！緦?shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)】我們小組固定X軸為25.7cm,Y軸為25.7cm。改變Z軸的數(shù)值，記錄數(shù)據(jù)如下表。坐標(biāo)(cm)25.225.325.425.525.625.725.825.926.026.1聲壓(Pa)25.224.815.212.814.86.811.25.213.614.0坐標(biāo)(cm)26.226.326.426.526.626.726.826.927.027.1聲壓(Pa)14.415.221.616

5、.414.024.023.629.230.431.6坐標(biāo)(cm)27.227.327.427.527.627.727.827.928.028.1聲壓(Pa)32.030.434.421.624.48.88.810.412.024.4坐標(biāo)(cm)28.228.328.428.528.628.728.828.829.029.1聲壓(Pa)20.429.624.030.021.222.010.410.810.04.0【數(shù)據(jù)分析】從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出，當(dāng)Z軸為27.4cm時(shí)，聲壓值最大為34.4Pa。【思考題】1.聚焦超聲的聲場特點(diǎn)，表征聲場特征的參數(shù)有那些？聲場特點(diǎn)：(1)遠(yuǎn)場區(qū)：距離換能器輸出面很

6、遠(yuǎn)的區(qū)域，稱為far field 。聲場特點(diǎn)：聲壓逐漸減小，振動(dòng)幅度與換能器距離成反比，聲壓與粒子振 動(dòng) 速度同相。(2)近場區(qū)：在平面換能器中，近場區(qū)是靠近換能器輸出面的區(qū)域，稱為near field。Z< A/聲場特點(diǎn)：聲壓與質(zhì)子振動(dòng)速度不同相，聲速橫截面上的聲壓隨距離變化很 大.(3)過渡區(qū)：近場區(qū)和遠(yuǎn)場區(qū)之間的。聲場特點(diǎn)：區(qū)域軸上聲壓隨距離增大，由最后一個(gè)極大值開始單調(diào)遞減，粒 子速度與聲壓不同相聲場參數(shù)有：聲功率、聲強(qiáng)、聲壓、時(shí)間平均聲強(qiáng)、-6dB聲速面積內(nèi)時(shí)間平均聲強(qiáng)的空間平均值、脈沖平均聲強(qiáng)、空間峰值聲強(qiáng)、負(fù)峰值聲壓2.影響一個(gè)聚焦超聲換能器聲場分布的因素有那些，是如何影響的？影響聲場的因素：1）頻率：頻率越大聚焦效果越好2）結(jié)構(gòu)（直徑大?。?直徑越大聚焦效果越好3）焦距:焦距越小聚焦效果越好4）曲率半徑：曲率半徑越小越好【實(shí)驗(yàn)心得】 本次實(shí)驗(yàn)操作比較簡單，只需要