Совмещение лазерной ультразвуковой и оптико-акустической томографии гетерогенных сред

• Автор: Симонова, Варвара Аркадьевна
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Шатура
• Количество страниц: 140 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Оглавление .

Введение .

Глава 1. Применения оптикоакустического и лазерного ультразвукового методов

диагностики гетерогенных объектов

1.1. Методы возбуждения ультразвуковых волн

1.2. Тепловой механизм лазерного возбуждения ультразвуковых волн

1.3. Методы регистрации ультразвуковых волн

1.4. Методы оптикоакустичсской томографии. Обзор литературы

1.5. Методы лазерной ультразвуковой диагностики. Обзор литературы.

1.6. Совмещение нескольких методов диагностики в одной системе различия,

преимущества и недостатки
1.7. Принципы конструирования приемных антенн и решеток
Глава 2. Оптимизация параметров фокусированной решетки широкополосных
приемных элементов для конкретной задачи двумерной оптикоакустической и лазерной
ультразвуковой томографии теоретические оценки.
2.1. Оптимизация выбора пьезоэлектрического материала для приемного
элемента решетки
2.2. Рассматриваемая модель приемной антенны и пространственные
разрешения получаемых изображений.
2.3. Теоретический расчет геометрических параметров и характеристик
приемной решетки
2.4. Теоретический расчет параметров акустической части приемной системы .
2.5. Теоретический расчет параметров оптической части приемной системы
2.6. Выводы главы 2.
Глава 3. Совмещение оптикоакустичсской и лазерной ультразвуковой томографии в
комбинированной широкополосной антенне результаты экспериментальных
исследований
3.1. Исследование возможности использования полимерных материалов в
качестве оптикоакустических преобразователей для лазерной ультразвуковой
томографии
3.2. Экспериментальная многоканальная широкополосная система для оптико
акустической и лазерной ультразвуковой томографии.
3.3. Численный расчет карты чувствительности фокальной области
широкополосного приемного элемента.
3.4. Экспериментальное измерение карты чувствительности фокальной области
широкополосного приемного элемента
3.5. Численные и экспериментальные оигикоакустичсские изображения
точечного источника.
3.6. Численные и экспериментальные лазерные ультразвуковые изображения
точечного источника.
3.7. Выводы главы 3.ИЗ
Глава 4. Численные исследования функции передачи точки для задачи двумерной
оптикоакустической томографии.
4.1. Рассматриваемая модель приемной антенны для численного моделирования
функции передачи точки
4.2. Исследование влияния апертурного угла раскрыва антенны ср на поперечное
пространственное разрешение в плоскости изображения Дг
4.3. Исследование влияния ширины приемного элемента 2Ь0 на поперечное
пространственное разрешение в плоскости изображения Дг
4.4. Исследование влияния числа приемных элементов на поперечное
пространственное разрешение в плоскости изображения Дг
4.5. Результаты численных исследований функции передачи точки
4.6. Выводы главы 4
Заключение .
Список литературы


В диссертации принята двухзначная нумерация формул и рисунков. Обращение к формулам осуществляется в виде (3. Аналогично производится нумерация рисунков. Во введении сформулированы цели и задачи работы, обоснована актуальность исследуемой проблемы, обсуждается ее научная новизна и практическая значимость, приведены основные положения, выносимые на защиту, краткий обзор литературы, и дано краткое описание содержания работы по главам. В первой главе приведен обзор литературы но применениям оптико-акустического и лазерного ультразвукового методов диагностики гетерогенных объектов. В §1. В §1. Подробно рассмотрены преимущества и недостатки отдельных методов в применении к различным задачам диагностики оптических, теплофизических и механических свойств исследуемых объектов. В §1. Вторая глава посвящена оптимизации параметров фокусированной решетки широкополосных приемных элементов для конкретной задачи двумерной () ОА и ЛУ томографии и разработке методики расчета этих параметров на основе заданных значений пространственных разрешений изображений. Рассмотрены основные критерии выбора пьезоэлектрического материала для приемного элемента. Для нерезонансного режима работы рассчитывается минимальный уровень обнаружимого давления и погонная емкость элемента приемной антенны. По результатам проведенного анализа материалом приемных элементов фокусированной цилиндрической антенны выбран пьезоэлекфи чески й полимер поливинилденфторид (ПВДФ) в режиме работы «холостого хода». Акустическая часть методики базируется па использовании комбинации нескольких упрощений. Основная идея расчета частотной полосы элемента приемной решетки основана на том, что спектральная чувствительность отдельного приемного элемента представляет собой гауссову функцию с характеристической частотой /0. ПВДФ приемного элемента от частоты. В данной работе при описании эволюции профиля ОА импульса в нелинейной диссипативной среде при ограниченных поперечных размерах пучка используется уравнение типа Хохлова-Заболотской-Кузнецова в параксиальном приближении. Аналитическая зависимость пространственного разрешения и глубины обзора от геометрических параметров и частотной полосы приемного элемента, с точностью до постоянного множителя, совпадает с известным выражением для поля монохроматического сферически фокусированного излучателя гармонических акустических волн. Точность такой аппроксимации может улучшаться при увеличении полосы приема и угла фокусировки антенны, тогда как максимальная погрешность составляет 6%. Методика расчета параметров антенны учитывает тот факт, что задачи излучения и приема в линейном режиме распространения волн аналогичны: размеры перетяжки в поле излучателя будут соответствовать области максимальной чувствительности, если тот же преобразователь используется в качестве приемника. Эквивалентность этих задач дает возможность сопоставить предельный угол приема антенны в плоскости фокусировки XV в и угол расходимости пучка в этой плоскости. Пространственные разрешения приемной антенны определяются не только геометрией приемного элемента, но и их количеством и геометрией расположения в антенне. Основным фактором, ограничивающим апертурный угол раскрыва антенны ср в плоскости изображения Х2> является первый критический угол перехода ультразвукового сигнала из иммерсионной жидкости в демпфирующую нагрузку, при этом учитывается, что источник ультразвуковых сигналов может располагаться в любой точке в пределах зоны обзора. Определение необходимого количества приемных элементов антенны является сложной и неоднозначной задачей. В рассматриваемой цилиндрической геометрии решетки увеличение числа приемных элементов при фиксированных апертурных углах приведет к уменьшению эффективной ширины приемного элемента, что приведет к уменьшению емкости элемента и возрастанию уровня шумов. Также следует иметь в виду, что при достаточно большом количестве приемных элементов необходимо обрабатывать большой поток информации в режиме реального времени, что также является сложной технической задачей.