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超声稳态空化阈值的监测方法研究

阮炜迪 陆振伟 邵家存

阮炜迪,陆振伟,邵家存. 超声稳态空化阈值的监测方法研究[J]. 计量科学与技术,2023, 67(11): 79-84, 52 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0278
引用本文: 阮炜迪,陆振伟,邵家存. 超声稳态空化阈值的监测方法研究[J]. 计量科学与技术,2023, 67(11): 79-84, 52 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0278
RUAN Weidi, LU Zhenwei, SHAO Jiacun. Study on the Detection Method for Ultrasonic Stable Cavitation Threshold[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(11): 79-84, 52. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0278
Citation: RUAN Weidi, LU Zhenwei, SHAO Jiacun. Study on the Detection Method for Ultrasonic Stable Cavitation Threshold[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(11): 79-84, 52. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0278

超声稳态空化阈值的监测方法研究

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0278
基金项目: 浙江省重点研发计划(2022C01002)。
详细信息
    作者简介:

    阮炜迪(2000-),中国计量大学计量测试工程学院在读研究生,研究方向:医疗超声,邮箱:790299782@qq.com

    通讯作者:

    邵家存(1990-),中国计量大学计量测试工程学院实验师,研究方向:超声医疗、超声成像,邮箱:sjc@cjlu.edu.cn

  • 中图分类号: TB95

Study on the Detection Method for Ultrasonic Stable Cavitation Threshold

  • 摘要: 稳态空化是指水介质中的微泡在较低的声压诱导下作周期性振荡运动。相较于瞬态空化,稳态空化温升效果稳定可控,具有更好应用前景。搭建了稳态空化阈值监测平台,采用被动空化监测方法对不同含氧量的水介质中的聚焦声场作用下的稳态空化活动进行监测,以次谐波的出现作为稳态空化活动的判定标准。结合窄带机械滤波法、多次平均技术,对高灵敏度水听器接收的声信号进行滤波和降噪。最终将采集到的声信号进行频谱分析,探究在超声作用下不同含氧量与次谐波出现的规律,实验结果表明:多次平均采集的方法可以有效降低噪声的干扰,改善信噪比,大大提高系统对微弱声信号的检测能力;随着含氧量的增加,稳态空化阈值随之降低,与理论规律相符合。
  • 图  1  稳态空化气泡运动图

    Figure  1.  Bubble motion in stable cavitation

    图  2  聚焦超声换能器结构示意图

    Figure  2.  Schematic of a focused ultrasound transducer

    图  3  超声稳态空化阈值监测系统

    Figure  3.  Ultrasonic stable cavitation threshold monitoring system

    图  4  电功率和声压转换图

    Figure  4.  Electrical power to sound pressure conversion chart

    图  5  出现次谐波信号(30.5 kHz)的频谱图

    Figure  5.  Spectrogram of a subharmonic signal (30.5 kHz)

    图  6  原始含噪信号频谱图

    Figure  6.  Spectrogram of the original signal with noise

    图  7  多次平均处理后的信号频谱图

    Figure  7.  Spectrogram post multiple averaging process

    图  8  平均后61 kHz稳态空化阈值随含氧量变化图

    Figure  8.  Variation of stable cavitation threshold at 61 kHz after averaging

    表  1  第一次除气水实验数据

    Table  1.   First experimental data in degassed water

    功率(W) 声压(kPa) 含氧量(mg/L)
    7.42 412.05 2
    4.41 315.44 3
    2.93 255.06 4
    1.75 194.68 5
    1.36 170.53 6
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-11-16
  • 录用日期:  2023-11-20
  • 修回日期:  2023-11-24
  • 网络出版日期:  2023-11-30
  • 刊出日期:  2023-11-18

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