超声实验报告最终版.docx
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超声实验报告最终版
超
声
实
验
报
告
实验一超声波的发射、接受和传播实验
1.1实验设备：
超声探头
脉冲发射与接受设备
示波器
1.2实验容：
1）掌握各种设备的操作和连接〔超声探头、脉冲发射与接受设备、示波器〕；
2）分别得到两种超声探头〔1MHz,5MHz〕的反射回拨,画出其波形。
3）通过数据处理〔FFT变换〕,分别得到每种探头的频谱特性并画出。
4）改变发射能量〔energy〕、增益〔gain〕、阻抗〔damping〕等参数,重复上述过程。
1.3实验结果与分析：
1.3.1实验程序：
clc;clearall;
fori=4:
23
num=num2str;
ifi<=9
num=strcat<'0',num>;
end
filename=strcat<'C:
\Users\lenovo\Desktop\超声实验\实验1\数据1\TEK00',num,'.CSV'>;
R=[0,3,2499,4];%数据围
R1=[0,1,2,1];
R2=[8,1,9,1];
M=csvread;
M1=csvread;
M2=csvread;
Ts=M1<2,1>;
fs=1/Ts;
V=M2<1,1>;
N=1:
2500;
T=M<:
1>;%时间抽
%T=N.*Ts;
U=M<:
2>*V%电压轴
%figure;
figure;
subplot<2,1,1>;
plot;
grid;
xlabel<'时间t/s'>;ylabel<'电压u/V'>;
subplot<2,1,2>;
plot,10*log>>;
grid;
end
grid;
1.3.2输出结果：
输出结果为Figure4~Figure23一共20幅回波图和其对应的频谱特性图。
Figure4~Figure14是使用5M探头时候的回拨图像。
Figure15~Figure23是使用1M探头时候的回拨图像。
其中从Figure4~6显示的是能量逐渐减小而其他参数保持不变时的变化图像。
〔5M探头〕
Figure4:
Figure5:
Figure6:
Figure7~9显示的是阻抗逐渐减小,而其他参数保持不变的情况。
〔5M探头〕
Figure7：
Figure8：
Figure9:
Figure10~14显示的是增益逐渐变小,而其他参数不变时的波形变化。
〔5M探头〕
Figure10:
Figure11:
Figure12:
Figure13:
Figure14:
Figure15~17是能量逐渐减小,而其他参数不变的情况下的波形变化。
〔1M探头〕
Figure15:
Figure16:
Figure17:
Figure18~20是在增益逐渐增大,而其他参数不变下的波形变化。
〔1M探头〕
Figure18:
Figure19:
Figure20:
Figure21~23是阻抗逐渐增大,而其他参数不变的情况下的图像的变化。
〔1M探头〕
Figure21:
Figure22:
Figure23:
1.3.3实验分析：
1 根据Figure4~6和Figure15~17,可以得出规律,探头发射的超声波能量越大,得到的回拨的峰峰值越大,且其频谱的幅值也越大,即个频率分量的能量越大。
2 根据Figure7~10和Figure21~23,可以看出规律,设置的阻抗越大,得到的回拨的峰峰值越小,其频谱的幅度也越小,也即个频率分量的能量越小。
同时回波的噪声也越大,与波形上的毛刺也越多。
3 根据Figure10~14和Figure18~20,可以看出规律,设置的增益越大,得到的回拨的峰峰值越大,得到的波形信噪比越高。
而增益越小,输出的波形的畸变约严重。
4 Figure4~Figure14是使用5M探头时候的回拨图像,Figure15~Figure23是使用1M探头时候的回拨图像,比较这两组图像可以发现探头发射的超声波的载波频率越高,得到的回波的幅度越小,正好验证了频率越大衰减越快的规律。
同时高频探头发出的超声波得到的回波的脉宽更短,因而当用于图像重建时,高频有助于提高纵向分辨率。
1.4实验总结：
要得到幅度足够大,信噪比足够好的超声脉冲回波,可以从探头频率、能量、增益、阻抗等参数进行设置,且能量越大、增益越高、阻抗越小、频率越低时,得到的回波的幅度会越大,信噪比越高。
而频率越高又有助于提高重建图像的纵向分辨率,所以探头的频率的选择需要根据不同的情况而定。
1.5本实验人员分工：
实验二超声波的声场指向性测试实验
2.1实验原理
指向性是指在频率固定时,通过声中心的指定平面换能器响应作为发射或入射声波方向的函数。
大多数噪声源具有指向性。
例如,在一给定频带下,离声源某一固定距离上,测量声源辐射的声压级时,常发现在声源不同方向上声压级不同。
许多噪声源的低频辐射几乎是无指向性的,随着频率的增高其指向性增强。
这是因振动源不同部分辐射声波到达空间各点的时间不同,因此出现位于干涉而形成不均匀的指向性辐射。
对于不同频率的声波,频率不同,其指向性不同。
2.2实验操作
<1>将棉线垂直于探头声束固定在某一深度,采用2.25MHz探头,左右移动,改变其相对位置,得到不同位置处棉线的回波幅度,记录幅度值；
<2>改变棉线的深度,得到三个不同深度处的数据<近场、中场、远场>；
<3>通过数据处理,得到三个不同深度的声场分布曲线。
2.3实验数据记录
2.3.1近场
深度：
1.5cm
距离/cm
8.8
8.9
9.0
9.1
9.2
9.3
幅值/mV
20
50
105
220
220
160
距离/cm
9.4
9.5
9.6
9.7
9.8
9.9
幅值/mV
190
200
170
180
150
150
距离/cm
10.0
10.1
10.2
10.3
10.4
10.5
幅值/mV
170
180
180
200
220
200
距离/cm
10.6
10.7
10.8
10.9
幅值/mV
190
115
48
20
2.3.2中场
深度：
8.5cm
距离/cm
8.7
8.8
8.9
9.0
9.1
9.2
9.3
幅值/mV
25
28
40
51
73
124
175
距离/cm
9.4
9.5
9.6
9.7
9.8
9.9
幅值/mV
300
470
620
720
820
800
距离/cm
10.0
10.1
10.2
10.3
10.4
10.5
10.6
幅值/mV
680
650
600
480
360
270
200
距离/cm
10.7
10.8
10.9
11.0
11.1
11.2
11.3
幅值/mV
158
117
89
78
54
41
29
2.3.3远场
距离：
15.7cm
距离/cm
7.4
7.5
7.6
7.7
7.8
7.9
8.0
幅值/mV
20
36
48
60
90
120
150
距离/cm
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
8.6
8.7
幅值/mV
180
210
290
350
360
350
280
距离/cm
8.8
8.9
9.0
9.1
9.2
9.3
9.4
幅值/mV
220
180
130
120
100
90
60
距离/cm
9.5
9.6
幅值/mV
44
20
2.4本次实验人员分工
实验三生物组织超声参量测量
3.1实验原理
3.1.1声速测量
利用示波器观察和记录从超声波换能器发射到接收界面返回超声波的时间来计算。
假设放置样品前耗时t0,放置样品后耗时t1,换能器到反射界面距离为d,样品厚D。
可得：
水中声速为：
插入样品后有：
联解以上两式有：
衰减测量〔对数谱差法〕
反射回波与入射波幅度谱的关系为
板厚为d,即z=d时,对
取对数得
若
为线性函数记作
则
3.1.3非线性参量的测量
非线性声学理论中指出一列有限振幅正弦波在介质中传播时,由于介质的非线性,在传播过程中逐渐产生各阶谐波,他们的传播速度不同,大振幅速度快,小振幅速度慢。
在冲击波形成距离以,声场可用熟知的傅比尼解表示,根据推导,可以得到
若测出
点的二阶谐波声压
和
处的一阶声压
则可求得
的值。
这就是有限振幅声波法测量介质的
值的原理。
3.2实验容
声速的测量
〔1〕测量换能器到反射板的总距离d和样品的板厚D；
〔2〕不放样品,在示波器上读取发射波和反射波之间的时间t0；
〔3〕在水中放入样品,在示波器上读取放入样品后发射波和反射波之间的时间t1；
〔4〕移动样品的位置,多次测量求平均值。
衰减的测量
〔1〕不放样品时,观察反射波的幅值并保存波形；
〔2〕在水中放入样品,观察放入样品后反射波的波形并保存波形；
〔3>多次测量。
3.3实验程序
clc;clearall;
fori=10:
17
num=num2str;
ifi<=9
num=strcat<'0',num>;
end
filename=strcat<'C:
\Users\lenovo\Desktop\超声实验\实验3\数据3\TEK00',num,'.CSV'>;
R=[0,3,2499,4];%数据围
R1=[0,1,2,1];
R2=[8,1,9,1];
M=csvread;
M1=csvread;
M2=csvread;
Ts=M1<2,1>;
fs=1/Ts;
V=M2<1,1>;
N=1:
2500;
T=M<:
1>;%时间抽
%T=N.*Ts;
U=M<:
2>*V;%电压轴
%figure;
figure;
plot;
grid;
xlabel<'时间t/s'>;ylabel<'电压u/V'>;
end
3.4程序运行结果
3.5参量计算
〔1〕声速：
试验中,d=25.5cm,D=0.7cm,t0=334us,t1=330us。
得
Cs=2*25.5*0.7/<0.7*0.0334-25.5*0.0004>=2708.6m/s。
〔2〕衰减测量：
〔3〕非线性参量的测量:
根据
=5.44
3.6本实验人员分工
实验四超声成像实验
4.1、实验容
1.准备成像的材料,比如煮熟的鸡蛋。
2.采用2.25MHz探头,将探头移动,得到每条声束的射频信号,记录。
3.通过数据处理〔滤波、包络检测、对数放大〕,得到材料截面的超声图像。
实验结果：
我们用较硬的柿子进行试验,共记录了23份数据。
对数据进行处理后,得到以下超声图像：
4.2、实验程序
clc;clearall;
fori=0:
23
num=num2str;
ifi<=9
num=strcat<'0',num>;
end
filename=strcat<'C:
\实验4\数据4\TEK00',num,'.CSV'>;
R=[0,3,2499,4];%数据围
R1=[0,1,2,1];
R2=[8,1,9,1];
M=csvread;
M1=csvread;
M2=csvread;
Ts=M1<2,1>;
fs=1/Ts;
V=M2<1,1>;
N=1:
2500;
T=M<:
1>;%时间抽
%T=N.*Ts;
U=M<:
2>*V;%电压轴
figure;
subplot<2,1,1>;
plot;
grid;
xlabel<'时间t/s'>;ylabel<'电压u/V'>;
subplot<2,1,2>;
Uh=hilbert;
Uhabs=10*log>;%包络的绝对值对数放大
img<:
i+1>=Uhabs;
plot
grid;
end
x=[1,24];
y=[1,2500];
figure<25>;
imagesc
4.3、程序运行结果
最终得到的材料截面超声成像图为：
4.4本实验人员分工：
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