《聚焦超聲信號畸變機理及其聲顯微成像的套用研究》是依託中國科學技術大學，由丁錦文擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：聚焦超聲信號畸變機理及其聲顯微成像的套用研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：丁錦文
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本課題以超短脈衝超聲顯微成像技術激勵產生的脈衝聚焦波束為研究對象，針對該波束與材料微觀結構互動作用過程中，其縱波、橫波信號發生失真的畸變行為展開深入研究。研究的關鍵在於觀測和探究其互動作用時，來自材料內部微觀結構的反射或透射原因，造成超聲信號在時序及空間構成上微觀變化現象，從機理上揭示材料各種微觀結構形態與信號畸變的內在聯繫；探究此類信號畸變在幾類超聲成像模式里的表現形態及規律；繼而對材料內部(亞)微米尺度的結構元素在二維和三維聲成像上的甄別，提出一套基於聲信號畸變方法，與超聲成像時間處置技術相統一的信號綜合分析法，提高超聲顯微成像技術對塊材內部微觀結構分析表征的準確度。本課題首次提出超聲信號畸變的現象並研究建立超聲信號畸變機理的數理模型，豐富和完善超聲顯微成像理論,探索開發一套用於微觀結構的無損檢測與評估新表征方法，拓展在材料學科研究和高精密機械工藝等領域的新套用。
結題摘要
本課題對基於超短脈衝技術的掃描超聲顯微鏡系統，對材料內部結構進行成像過程中出現超聲信號畸變行為，以及該行為對聲成像和表征的負面影響進行系統研究，試圖從源頭上找到導致超聲信號畸變的原由，以探明該行為及其導致表征失實的機理，為可能的最佳化途徑尋找理論依據。課題圍繞超聲成像系統的相關技術環節展開，對所有潛在要素進行系統的技術梳理和實驗研究，涵蓋了短脈衝聲波在超聲鏡頭內傳導棒中的傳播行為，重點對鏡頭外部聲學行為，即激勵聲波與樣品內部結構聲學互動過程，以及超聲畸變在聲成像幾種模式上對應規律幾方面展開。通過上述各層面的深入研究，排除了畸變行為來自系統的干擾因素和超聲鏡頭內部的聲學互動過程，明確了造成超聲信號畸變的根本原因本質上恰恰是鏡頭外部的聲學互動行為，即來自聚焦激勵聲波對被測材料微觀結構進行聲學激勵的互動過程，由此產生的聲波衍生行為：超短脈衝聚焦波束與材料內部不同形態(缺陷、孔穴、內含物等)的微米尺度結構元素之間的互動，應運產生聲學散射和衍射現象，衍生出反射聲波在時間和空間上差異，被超聲鏡頭聚焦孔徑捕獲後轉換為超聲電信號，出現疊加複合行為所表現出的信號畸變，在一維A超聲信號序列圖上、二維超聲成像模式上(縱向側切二維B超和不同深度水平橫切二維C超圖像)分別表現為信號的疊加、曲線揚起和成像模糊化等消極結果，就此揭開了超聲信號畸變的“謎底”。本課題從機理上揭示了聚焦聲波與材料微觀結構形態之間聲學互動作用與信號畸變的內在聯繫，探明了其在幾類超聲成像模式上的表現形態及規律，給出了基於聲信號畸變判定方法和成像上的表征方法，提高利用超聲顯微鏡技術對塊材內部微觀結構分析表征的準確度。課題的另一重要衍生成果是提出Square Column條塊分割模型和基於isosurface等值面技術，在掃描超聲顯微鏡技術領域實現了三維超聲成像技術，探索開發出基於信號畸變綜合分析表征方法和三維超聲成像原型技術，豐富和發展了超聲顯微成像學及其新套用技術。
