基于光纖光柵超聲檢測技術(shù)研究.pdf

1、近年來，由于診斷超聲的輸出功率在不斷加大，以及高強度治療超聲(包括超聲手術(shù)、超聲波碎石、超聲熱療等)的廣泛使用，對超聲場在人體的分布情況進(jìn)行精確測定更顯得尤為迫切。通常，人體內(nèi)部的超聲場分布是用復(fù)雜的理論模型來估算，由于人體內(nèi)的超聲場的形成可能來自于非理想源，且超聲在不同組織間傳播時會受到多種因素的影響，因此進(jìn)行直接檢測這種超聲場方法的研究至關(guān)重要。 光纖光柵傳感器是近年來研究較多的一種新型傳感器，它以極高的靈敏度和精確度，本征

2、安全，抗電磁干擾，高絕緣強度，耐高溫，耐腐蝕，質(zhì)量輕，體積小，柔韌，寬頻帶而著稱。光纖光柵傳感器集傳感與傳輸于一體，應(yīng)用非常方便。通過拉伸或壓縮光纖光柵，或者改變溫度，可以達(dá)到改變光纖光柵的周期和有效折射率，從而達(dá)到改變光纖光柵的反射波長的目的，反射波長和應(yīng)變、溫度、壓力、壓強等物理量成線性關(guān)系。根據(jù)這些特性可以將光纖光柵制成應(yīng)變、溫度、壓力、加速度等多種傳感器。 論文通過分析光纖光柵波長解調(diào)原理和六種解調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)，綜合考慮檢測

3、信號特點，選定了基于透射式模型的光纖光柵超聲波檢測系統(tǒng)，并將系統(tǒng)分為三部分，并提出了相應(yīng)的設(shè)計方案：一是通過對超聲波的波形，特征參量，換能器和檢測原理的分析，確定了使用液浸式聲透鏡聚焦換能器產(chǎn)生聚焦超聲場，給出了產(chǎn)生超聲波系統(tǒng)，從實驗中驗證了超聲波的產(chǎn)生及其焦點的位置，為進(jìn)一步的光柵檢測提供了參考。二是系統(tǒng)檢測部分，設(shè)計了光電檢測器，給出了其測試性能參數(shù)。三是在分析光柵檢測超聲波的頻率響應(yīng)問題的基礎(chǔ)上，選擇滿足要求的光柵。最后給出并分析

4、了整個實驗結(jié)果。 研究結(jié)果表明：超聲波對光纖光柵的整體作用效果表現(xiàn)為：(1)當(dāng)超聲波長遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光柵長度時，超聲波對光柵的整體作用被平均，光柵頻率響應(yīng)沒有改變，布拉格波長沒有變化，在這個條件下，沒有量化分析來證明超聲波的存在。(2)當(dāng)超聲波長和光柵長度接近時，傳感光柵的每一層受到不同的應(yīng)變而使得光柵啁啾，因而布拉格波長變化呈不規(guī)律性。(3)當(dāng)超聲波長遠(yuǎn)大于光柵長度時，布拉格波長變化與超聲波幅度成比例。所以僅當(dāng)超聲波長遠(yuǎn)大于光柵長度

5、時，通過光柵的布拉格波長變化便可檢測出超聲波的特性。 論文對上述各系統(tǒng)設(shè)計的理論依據(jù)、設(shè)計思想以及實現(xiàn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)細(xì)節(jié)都進(jìn)行了詳細(xì)地分析，對于所使用的新技術(shù)進(jìn)行了具體的論證，并在此基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新。通過反復(fù)的測試與調(diào)整，實現(xiàn)了光纖光柵檢測聚焦超聲場性能參數(shù)等功能。再通過數(shù)據(jù)處理軟件，對實際獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，驗證了整個傳感系統(tǒng)方案的可行性。 在論文最后總結(jié)了光纖光柵檢測超聲波系統(tǒng)中存在的問題，并提出了一些將來改進(jìn)的設(shè)想