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《凹球面自聚焦声场非线性效应的研究.pdf》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、维普资讯http://www.cqvip.com第29卷第6期压电与声光Vo1.29NO.62oo7~12Y1PIEZ()ELEcTECTRICS&ACOUSTOOPTICSDec.2007文章编号:1004—2474(2007)06—0720—03凹球面自聚焦声场非线性效应的研究钱盛友,胡继文(湖南师范大学物理与信息科学学院,湖南长沙410081)摘要:用球束方程(SBE)研究了声源参数和媒质特性对凹球面自聚焦声场非线性效应的影响。结果表明,谐波的最大幅值出现在声焦点附近,基波与线性声场的分布类似,而高阶谐波的聚焦性能更好。超声频率、声源表面初始声压幅值或非线性参数越大,即平
2、面波冲击间断形成距离越短,声的非线性效应越明显。声衰减会使非线性效应减弱,而凹球面曲率半径增大会使谐波和基波最大值的位置偏离更明显。关键词:热疗;自聚焦;声场;非线性中图分类号:0422.2;TB552文献标识码:AResearchonNonlinearEffectsofSoundFieldsInducedbySelf-focusedConcaveSphericalTransducersQIANSheng-you,HUJiwen(CollegeofPhysicsandInformationScience,HunanNormalUniversity,Changsha410081,
3、China)Abstract:Influenceofvariousfactorssuchastheparametersofultrasoundsourcesandthepropertiesofmediumonthenonlineareffectsofsoundfieldsinducedbyself—focusedconcavesphericaltransducershasbeenstudiedusingspheroidalbeamequation(SBE).Theresultsshowthatthemaximumpeakofharmonicappearsneartheacous
4、ticfo—CUS.ThedistributionoffundamentalissimilartOthelinearsoundfield。buthighharmonicsfocusbetter.Ifthefre—quencyofultrasoundsource,theinitialamplitudeatsourceorthecoefficientofnonlinearityincreases,i.e.theshockformationdistanceforaplanewaveisshorter,thenonlineareffectofsoundwillstrengthen.Da
5、mpingofsoundwillweakenthenonlineareffects,andthepositionshiftofmaximumpeakbetweenthefundamentalandhar—monicsismoreobviousasthecurvatureradiusincreases.Keywords:hyperthermia;self-focused;soundfield;nonlinear用压电陶瓷磨成凹面制成的换能器,具有自聚1理论焦作用和良好的耐高温性能,在高强度聚焦超声采用扁球坐标系,通过坐标变换可以得到SBE(HIFU)治疗系统中得到了广泛的应用u]
6、。高强度方程。SBE方程是抛物型方程。根据声场分布特聚焦超声能使治疗区的温度在短时间内升至65C点,SBE模型中将声场分成两个区域,靠近声源的以上,从而使病变组织直接消融r2]。治疗区的温度区域看成球面波区域,靠近焦点的区域看成平面波升高源于生物组织吸收了声能,而声吸收与声波的区域。考虑声的非线性效应时,对应此两个区域的频率有关。Bacon等通过实验已发现声的非线性效波动方程可分别表示为]’应会使组织内的温升增加【。对凹球面自聚焦声场血旦血!:±非线性效应的研究,对HIFU设备研制及治疗方案ara。2(1+。)3raO。(1+。)、的确定具有指导意义。对声的非线性效应的研究通(
7、雾十c刚。p~.Eap一常基于KZK方程],而KZK方程是在近轴近似的条件下得到,因此此方程的应用限于小孔径声源。(a6o3I,T,ba2~2)E(1)Kamakura提出的球束方程(SBE)克服了其他方法不适用于大孔径声源的特点,可计算各种圆形孔径采一南sin一声源产生的各阶谐波在空间的分布[5一。本文用SBE方程计算凹球面自聚焦源产生的声场,对各种因素(雾+cot豸)一(a6雾+筹)E对声场非线性效应的影响进行了分析。(2)收稿日期:2006—09—13基金项目:湖南省自然科学基金资助项
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