超聲實(shí)驗(yàn)報(bào)告最終版

1、.超聲實(shí)驗(yàn)報(bào)告.目錄實(shí)驗(yàn)一 超聲波的發(fā)射、接受和傳播實(shí)驗(yàn).11.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備： .11.2實(shí)驗(yàn)容： .11.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析： . .11.3.1實(shí)驗(yàn)程序： . .11.3.2輸出結(jié)果： . .31.3.3實(shí)驗(yàn)分析： . .81.4實(shí)驗(yàn)總結(jié)： . .81.5本實(shí)驗(yàn)人員分工： . .9實(shí)驗(yàn)二超聲波的聲場(chǎng)指向性測(cè)試實(shí)驗(yàn) . .92.1實(shí)驗(yàn)原理 . .92.2實(shí)驗(yàn)操作 . .92.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 . .102.3.1近場(chǎng) .102.3.2中場(chǎng) .112.3.3遠(yuǎn)場(chǎng) . .122.4本次實(shí)驗(yàn)人員分工 . .13實(shí)驗(yàn)三生物組織超聲參量測(cè)量 . .133.1實(shí)驗(yàn)原理 . .133.1.1聲速測(cè)量 . .13

2、3.1.2衰減測(cè)量（對(duì)數(shù)譜差法）. .133.1.3非線性參量的測(cè)量 . .143.2實(shí)驗(yàn)容. .143.2.1聲速的測(cè)量 . .143.2.2衰減的測(cè)量 . .153.3實(shí)驗(yàn)程序 . .153.4程序運(yùn)行結(jié)果 . .163.5參量計(jì)算 . .173.6本實(shí)驗(yàn)人員分工 . .17實(shí)驗(yàn)四超聲成像實(shí)驗(yàn) . .174.1、實(shí)驗(yàn)容 . .174.2、實(shí)驗(yàn)程序 . .184.3、程序運(yùn)行結(jié)果 . .204.4本實(shí)驗(yàn)人員分工： . .23.實(shí)驗(yàn)一超聲波的發(fā)射、接受和傳播實(shí)驗(yàn)1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備：超聲探頭脈沖發(fā)射及接受設(shè)備示波器1.2 實(shí)驗(yàn)容：1) 掌握各種設(shè)備的操作和連接 （超聲探頭、脈沖發(fā)射及接受設(shè)備、 示

3、波器）；2) 分別得到兩種超聲探頭（ 1MHz，5MHz）的反射回?fù)?，?huà)出其波形。3) 通過(guò)數(shù)據(jù)處理（ FFT變換），分別得到每種探頭的頻譜特性并畫(huà)出。4) 改變發(fā)射能量（ energy ）、增益（ gain ）、阻抗（ damping）等參數(shù)，重復(fù)上述過(guò)程。1.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析：實(shí)驗(yàn)程序：clc;clear all;for i=4:23num=num2str(i);if i<=9num=strcat('0',num);.end超聲實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1TEK00',num,'.CSV');R=0,3,2499,4; %數(shù)據(jù)圍R1=0,1,2,1;R2=8

4、,1,9,1;M = csvread(filename,0,3,R);M1= csvread(filename,0,1,R1);M2= csvread(filename,8,1,R2);Ts=M1(2,1);fs=1/Ts;V= M2(1,1);N=1:2500;T=M(:,1);%時(shí)間抽%T=N.*Ts;U=M(:,2)*V%電壓軸%figure(i);figure(i);subplot(2,1,1);plot(T,U);grid;xlabel('時(shí)間 t/s');ylabel('電壓 u/V');.subplot(2,1,2);plot(N.*(fs/250

5、0),10*log(fft(U,2500);grid;endgrid;輸出結(jié)果：輸出結(jié)果為 Figure 4Figure 23一共 20 幅回波圖和其對(duì)應(yīng)的頻譜特性圖。Figure 4Figure 14是使用 5M探頭時(shí)候的回?fù)軋D像。Figure 15Figure 23是使用 1M探頭時(shí)候的回?fù)軋D像。其中從Figure 46顯示的是能量逐漸減小而其他參數(shù)保持不變時(shí)的變化圖像。（ 5M探頭）Figure 4:Figure5:10.4V0.5V0.2/uu0壓壓電0電-0.2-0.51.4641.4661.4681.471.4721.4741.476-0.41.4641.4661.4681.471

6、.4721.4741.4761.4621.462時(shí) 間 t/s-4時(shí) 間 t/s-4x 10x 10100505000-50-50-1000.511.522.5-1000.511.522.50099x 10x 10Figure 6:.0.2V0.1/u0壓電-0.1-0.21.4641.4661.4681.471.4721.4741.4761.462時(shí) 間 t/s-4x 10500-50-1000.511.522.509x 10Figure 79顯示的是阻抗逐漸減小，而其他參數(shù)保持不變的情況。（ 5M探頭）Figure 7：Figure 8：110.5V0.5V/u0u壓壓0電-0.5電-0.

7、5-11.4641.4661.4681.471.4721.4741.476-11.4641.4661.4681.471.4721.4741.4761.4621.462時(shí)間 t/sx 10 -4時(shí) 間 t/s-4x 10100100505000-50-50-1000.511.522.5-1000.511.522.500x 10 9x 10 9Figure 9:42V/u壓 0電-2-41.4621.4641.4661.4681.471.4721.4741.46時(shí)間 t/s-4x 10100500-5000.511.522.59x 10Figure 1014顯示的是增益逐漸變小，而其他參數(shù)不變時(shí)的

8、波形變化。（5M 探頭）Figure 10:Figure 11:.10 x 10-30.1V0.05V5/u0u壓壓電-0.05電0-0.11.4641.4661.4681.471.4721.4741.476-51.4641.4661.4681.471.4721.4741.4761.4621.462時(shí)間 t/s-4時(shí) 間 t/s-4x 10x 10505000-50-50-100-1000.511.522.5-1500.511.522.500x 10 9x 10 9Figure 12:Figure 13:x 10 -3x 10 -514V0.5V2/u0u0壓壓電-0.5電-2-11.4641

9、.4661.4681.471.4721.4741.476-41.4641.4661.4681.471.4721.4741.4761.4621.462時(shí)間 t/s-4時(shí) 間 t/s-4x 10x 1000-50-50-100-100-150 00.511.522.5-150 00.511.522.5x 10 9x 10 9Figure 14:.-5x 1042V/u壓 0電-2-41.4621.4641.4661.4681.471.4721.4741.476時(shí) 間 t/s-4x 10-50-100-15000.511.522.59x 10Figure 1517是能量逐漸減小，而其他參數(shù)不變的情況

10、下的波形變化。（1M 探頭）Figure 15:Figure 16:0.10.2V0.05V0.1/u0u0壓壓電-0.05電-0.1-0.11.51.511.521.531.541.551.56-0.21.51.511.521.531.541.551.561.491.49時(shí)間 t/s-4時(shí)間 t/s-4x 10x 10505000-50-50-1000.511.522.533.544.55-1000.511.522.533.544.5500x 10 8x 10 8Figure 17:10.5V/u壓0電-0.5-11.51.511.521.531.541.551.561.49時(shí) 間 t/s-

11、4x 10100500-50-1000.511.522.533.544.5508x 10Figure 1820是在增益逐漸增大，而其他參數(shù)不變下的波形變化。（ 1M探頭）Figure 18:Figure 19:.x 10 -340.01V2/0.005uV壓/電0u壓0電-0.005-21.51.511.521.531.541.551.561.49-0.011.51.511.521.531.541.551.56時(shí) 間 t/s-41.49x 10時(shí) 間 t/s-4x 100500-50-50-100-1000.511.522.533.544.5500.511.522.533.544.550x 1

12、0 8x 10 8Figure 20:-5x 1010V5/u壓電0-51.491.51.511.521.531.541.551.56時(shí) 間 t/s-4x 100-50-100-1500.511.522.533.544.5508x 10Figure 2123 是阻抗逐漸增大，而其他參數(shù)不變的情況下的圖像的變化。（ 1M探頭）Figure 21:Figure 22:x 10-3-310x 102V5/V1u壓/u電0壓電0-5-11.5051.511.5151.521.5251.531.5351.511.5151.521.5251.531.535時(shí) 間 t/s-41.505x 10時(shí) 間 t/s

13、-4x 105000-50-50-100-100-15012345678910-150123456789100088x 10x 10Figure 23:.-4x 1010V 5/u壓電0-51.5051.511.5151.521.5251.531.535時(shí) 間 t/s-4x 100-50-100-1500123456789108x 10實(shí)驗(yàn)分析：根據(jù) Figure 46和 Figure1517 ，可以得出規(guī)律，探頭發(fā)射的超聲波能量越大，得到的回?fù)艿姆宸逯翟酱螅?且其頻譜的幅值也越大， 即個(gè)頻率分量的能量越大。根據(jù) Figure 710 和 Figure 2123 ，可以看出規(guī)律，設(shè)置的阻抗越大

14、，得到的回?fù)艿姆宸逯翟叫?，其頻譜的幅度也越小，也即個(gè)頻率分量的能量越小。同時(shí)回波的噪聲也越大，及波形上的毛刺也越多。根據(jù) Figure1014 和 Figure 1820，可以看出規(guī)律， 設(shè)置的增益越大，得到的回?fù)艿姆宸逯翟酱螅?得到的波形信噪比越高。 而增益越小， 輸出的波形的畸變約嚴(yán)重。 Figure 4Figure 14 是使用 5M探頭時(shí)候的回?fù)軋D像， Figure 15Figure23 是使用 1M探頭時(shí)候的回?fù)軋D像， 比較這兩組圖像可以發(fā)現(xiàn)探頭發(fā)射的超聲波的載波頻率越高，得到的回波的幅度越小， 正好驗(yàn)證了頻率越大衰減越快的規(guī)律。同時(shí)高頻探頭發(fā)出的超聲波得到的回波的脈寬更短，因而當(dāng)用

15、于圖像重建時(shí)， 高頻有助于提高縱向分辨率。1.4實(shí)驗(yàn)總結(jié)：要得到幅度足夠大，信噪比足夠好的超聲脈沖回波，可以從探頭頻率、能.量、增益、阻抗等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，且能量越大、增益越高、阻抗越小、頻率越低時(shí)，得到的回波的幅度會(huì)越大， 信噪比越高。 而頻率越高又有助于提高重建圖像的縱向分辨率，所以探頭的頻率的選擇需要根據(jù)不同的情況而定。1.5本實(shí)驗(yàn)人員分工：實(shí)驗(yàn)二超聲波的聲場(chǎng)指向性測(cè)試實(shí)驗(yàn)2.1實(shí)驗(yàn)原理指向性是指在頻率固定時(shí)， 通過(guò)聲中心的指定平面換能器響應(yīng)作為發(fā)射或入射聲波方向的函數(shù)。大多數(shù)噪聲源具有指向性。例如，在一給定頻帶下，離聲源某一固定距離上， 測(cè)量聲源輻射的聲壓級(jí)時(shí)， 常發(fā)現(xiàn)在聲源不同方向上聲

16、壓級(jí)不同。許多噪聲源的低頻輻射幾乎是無(wú)指向性的，隨著頻率的增高其指向性增強(qiáng)。這是因振動(dòng)源不同部分輻射聲波到達(dá)空間各點(diǎn)的時(shí)間不同，因此出現(xiàn)位于干涉而形成不均勻的指向性輻射。對(duì)于不同頻率的聲波，頻率不同，其指向性不同。2.2實(shí)驗(yàn)操作(1) 將棉線垂直于探頭聲束固定在某一深度，采用 2.25MHz探頭，左右移動(dòng)，改變其相對(duì)位置，得到不同位置處棉線的回波幅度，記錄幅度值；(2) 改變棉線的深度，得到三個(gè)不同深度處的數(shù)據(jù) ( 近場(chǎng)、中場(chǎng)、遠(yuǎn)場(chǎng) ) ；(3) 通過(guò)數(shù)據(jù)處理，得到三個(gè)不同深度的聲場(chǎng)分布曲線。.2.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄近場(chǎng)深度： 1.5cm距離 /cm8.88.99.09.19.29.3幅值 /mV

17、2050105220220160距離 /cm9.49.59.69.79.89.9幅值 /mV190200170180150150距離 /cm10.010.110.210.310.410.5幅值 /mV170180180200220200距離 /cm10.610.710.810.9幅值 /mV1901154820.中場(chǎng)深度： 8.5cm距離 /cm8.78.88.99.09.19.29.3幅值 /mV2528405173124175距離 /cm9.49.59.69.79.89.9幅值 /mV300470620720820800距離 /cm10.010.110.210.310.410.510.6幅

18、值 /mV680650600480360270200距離 /cm10.710.810.911.011.111.211.3幅值 /mV1581178978544129.遠(yuǎn)場(chǎng)距離： 15.7cm距離 /cm7.47.57.67.77.87.98.0幅值 /mV2036486090120150距離 /cm8.18.28.38.48.58.68.7幅值 /mV180210290350360350280距離 /cm8.88.99.09.19.29.39.4幅值 /mV2201801301201009060距離 /cm9.59.6幅值 /mV4420.2.4本次實(shí)驗(yàn)人員分工實(shí)驗(yàn)三生物組織超聲參量測(cè)量3.1

19、實(shí)驗(yàn)原理聲速測(cè)量利用示波器觀察和記錄從超聲波換能器發(fā)射到接收界面返回超聲波的時(shí)間來(lái)計(jì)算。假設(shè)放置樣品前耗時(shí)t 0，放置樣品后耗時(shí) t 1，換能器到反射界面距離為d，樣品厚 D?？傻茫核新曀贋椋篶w2d / t0插入樣品后有：(dD ) / cwD / cst1 / 2聯(lián)解以上兩式有：cs2dD /(dt1dt0Dt 0 )衰減測(cè)量（對(duì)數(shù)譜差法）反射回波與入射波幅度譜的關(guān)系為X z( f )e 2 ( f )z X 0 ( f )板厚為 d，即 z=d 時(shí)，對(duì) 取對(duì)數(shù)得ln X d ( f )2 ( f )dln X0 ( f ).D ( f )( f )2d若 ( f ) 為線性函數(shù)記作 (

20、 f )f ，則D ( f )f2d非線性參量的測(cè)量非線性聲學(xué)理論中指出一列有限振幅正弦波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于介質(zhì)的非線性，在傳播過(guò)程中逐漸產(chǎn)生各階諧波，他們的傳播速度不同，大振幅速度快，小振幅速度慢。在沖擊波形成距離以， 聲場(chǎng)可用熟知的傅比尼解表示， 根據(jù)推導(dǎo)，可以得到B4 0 c03 P02 ( x)2Ax P01 (0) 2若測(cè)出 x 點(diǎn)的二階諧波聲壓P02 (x) 和 x0 處的一階聲壓 P01 (0) ，則可求得B / A 的值。這就是有限振幅聲波法測(cè)量介質(zhì)的B / A 值的原理。3.2實(shí)驗(yàn)容聲速的測(cè)量（1）測(cè)量換能器到反射板的總距離d 和樣品的板厚 D；（2）不放樣品，在示波器上讀取發(fā)射波和反射波之間的時(shí)間t 0；（