2022年超声实验报告最终版 .pdf

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1、.超声实验报告名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 26 页 -.名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 26 页 -.目录实验一超声波的发射、接受和传播实验.1 1.1 实验设备：.1 1.2 实验内容：.1 1.3 实验结果与分析：.1 1.3.1 实验程序：.1 1.3.2 输出结果：.3 1.3.3 实验分析：.8 1.4 实验总结：.8 1.5 本实验人员分工：.9 实验二超声波的声场指向性测试实验.9 2.1 实验原理 .9 2.2 实验操作 .9 2.3 实验数据记录.10 2.3.1 近场.10 2.3.2 中场.11 2.3.3

2、远场.12 2.4 本次实验人员分工.13 实验三生物组织超声参量测量.13 3.1 实验原理 .13 3.1.1 声速测量.13 3.1.2 衰减测量（对数谱差法）.13 3.1.3 非线性参量的测量.14 3.2 实验内容 .14 3.2.1 声速的测量.14 3.2.2 衰减的测量.15 3.3 实验程序 .15 3.4 程序运行结果.16 3.5 参量计算 .17 3.6 本实验人员分工.17 实验四超声成像实验 .17 4.1、实验内容.17 4.2、实验程序.18 4.3、程序运行结果.20 4.4 本实验人员分工：.23 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，

3、共 26 页 -.实验一超声波的发射、接受和传播实验1.1 实验设备：超声探头脉冲发射及接受设备示波器1.2 实验内容：1)掌握各种设备的操作和连接（超声探头、脉冲发射及接受设备、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;clear all;for i=4:23 num=num2str(i);if i=9 num=strcat(0,num);名

4、师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 26 页 -.end 超 声 实 验实 验数 据1TEK00,num,.CSV);R=0,3,2499,4;%数据范围R1=0,1,2,1;R2=8,1,9,1;M=csvread(filename,0,3,R);M1=csvread(filename,0,1,R1);M2=csvread(filename,8,1,R2);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(i);figure(i);subplot(2,1,

5、1);plot(T,U);grid;xlabel(时间 t/s);ylabel(电压 u/V);名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 26 页 -.subplot(2,1,2);plot(N.*(fs/2500),10*log(fft(U,2500);grid;end grid;1.3.2 输出结果：输出结果为 Figure 4Figure 23 一共 20 幅回波图和其对应的频谱特性图。Figure 4Figure 14 是使用 5M 探头时候的回拨图像。Figure 15Figure 23 是使用 1M 探头时候的回拨图像。其中从 Figure 46 显示的是能量逐

6、渐减小而其他参数保持不变时的变化图像。（5M 探头）Figure 4:Figure 5:1.4621.4641.4661.4681.471.4721.4741.476x 10-4-0.500.51时 间 t/s电压u/V00.511.522.5x 109-100-500501001.4621.4641.4661.4681.471.4721.4741.476x 10-4-0.4-0.200.20.4时 间 t/s电压u/V00.511.522.5x 109-100-50050Figure 6:名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 26 页 -.1.4621.4641.46

7、61.4681.471.4721.4741.476x 10-4-0.2-0.100.10.2时 间 t/s电压u/V00.511.522.5x 109-100-50050Figure 79 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）Figure 7：Figure 8：1.4621.4641.4661.4681.471.4721.4741.476x 10-4-1-0.500.51时间 t/s电压u/V00.511.522.5x 109-100-500501001.4621.4641.4661.4681.471.4721.4741.476x 10-4-1-0.500.51时 间

8、t/s电压u/V00.511.522.5x 109-100-50050100Figure 9:1.461.4621.4641.4661.4681.471.4721.474x 10-4-4-2024时 间 t/s电压u/V00.511.522.5x 109-50050100Figure 1014 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）Figure 10:Figure 11:名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 26 页 -.1.4621.4641.4661.4681.471.4721.4741.476x 10-4-0.1-0.0500.050.1

9、时间 t/s电压u/V00.511.522.5x 109-100-500501.4621.4641.4661.4681.471.4721.4741.476x 10-4-50510 x 10-3时 间 t/s电压u/V00.511.522.5x 109-150-100-50050Figure 12:Figure 13:1.4621.4641.4661.4681.471.4721.4741.476x 10-4-1-0.500.51x 10-3时间 t/s电压u/V00.511.522.5x 109-150-100-5001.4621.4641.4661.4681.471.4721.4741.476

10、x 10-4-4-2024x 10-5时 间 t/s电压u/V00.511.522.5x 109-150-100-500Figure 14:名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 26 页 -.1.4621.4641.4661.4681.471.4721.4741.476x 10-4-4-2024x 10-5时 间 t/s电压u/V00.511.522.5x 109-150-100-50Figure 1517 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）Figure 15:Figure 16:1.491.51.511.521.531.541.551.5

11、6x 10-4-0.1-0.0500.050.1时间 t/s电压u/V00.511.522.533.544.55x 108-100-500501.491.51.511.521.531.541.551.56x 10-4-0.2-0.100.10.2时间 t/s电压u/V00.511.522.533.544.55x 108-100-50050Figure 17:1.491.51.511.521.531.541.551.56x 10-4-1-0.500.51时 间 t/s电压u/V00.511.522.533.544.55x 108-100-50050100Figure 1820 是在增益逐渐增大，

12、而其他参数不变下的波形变化。（1M 探头）Figure 18:Figure 19:名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 26 页 -.1.491.51.511.521.531.541.551.56x 10-4-0.01-0.00500.0050.01时 间 t/s电压u/V00.511.522.533.544.55x 108-100-500501.491.51.511.521.531.541.551.56x 10-4-2024x 10-3时 间 t/s电压u/V00.511.522.533.544.55x 108-100-500Figure 20:1.491.51.51

13、1.521.531.541.551.56x 10-4-50510 x 10-5时 间 t/s电压u/V00.511.522.533.544.55x 108-150-100-500Figure 2123 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）Figure 21:Figure 22:1.5051.511.5151.521.5251.531.535x 10-4-50510 x 10-3时 间 t/s电压u/V012345678910 x 108-150-100-500501.5051.511.5151.521.5251.531.535x 10-4-1012x 10-3时 间

14、 t/s电压u/V012345678910 x 108-150-100-500Figure 23:名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 26 页 -.1.5051.511.5151.521.5251.531.535x 10-4-50510 x 10-4时 间 t/s电压u/V012345678910 x 108-150-100-5001.3.3 实验分析：根据 Figure 46 和 Figure1517，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。根据 Figure 710 和 Figure 2123

15、，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，及波形上的毛刺也越多。根据 Figure 1014 和 Figure 1820，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。Figure 4Figure 14 是使用 5M 探头时候的回拨图像，Figure 15Figure 23 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

16、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、能名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 26 页 -.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内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

17、。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。名师资料总结-精品资

18、料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 26 页 -.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 名师资料总结-精品资料欢迎下

19、载-名师精心整理-第 13 页，共 26 页 -.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

20、 54 41 29 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 26 页 -.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 名师资料总结-精品资

21、料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 26 页 -.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：0/2tdcw插入样品后有：2/)(1tcDcDdsw联解以上两式有：)/(2001DtdtdtdDcs3.1.2 衰减测量（对数谱差法）反射回波与入射波幅度谱的关系为)()(0)(2fXefXzfz板厚为 d，即 z=d 时，对取对数得)(ln)(2)(ln0fXdffXd名师资料

22、总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 26 页 -.dfDf2)()(若)(f为线性函数记作ff)(，则dfDf2)(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内，声场可用熟知的傅比尼解表示，根据推导，可以得到2)0()(420102300PxxPcAB若测出 x 点的二阶谐波声压)(02xP和0 x处的一阶声压)0(01P，则可求得AB/的值。这就是有限振幅声波法测量介质的AB/值的原理。3.2 实验内容3.2.1 声速的

23、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。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 26 页 -.3.2.2 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;clear all;for i=10:17 num=num2str(i);if i=9 num=strcat(0,nu

24、m);end 超 声 实 验实 验数 据3TEK00,num,.CSV);R=0,3,2499,4;%数据范围R1=0,1,2,1;R2=8,1,9,1;M=csvread(filename,0,3,R);M1=csvread(filename,0,1,R1);M2=csvread(filename,8,1,R2);Ts=M1(2,1);fs=1/Ts;名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 18 页，共 26 页 -.V=M2(1,1);N=1:2500;T=M(:,1);%时间抽%T=N.*Ts;U=M(:,2)*V;%电压轴%figure(i);figure(i);plot(T

25、,U);grid;xlabel(时间 t/s);ylabel(电压 u/V);end 3.4 程序运行结果-10123456x 10-4-400-300-200-1000100200300400时 间 t/s电压u/V3.33.313.323.333.343.353.36x 10-4-10-5051015时 间 t/s电压u/V名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 19 页，共 26 页 -.-10123456x 10-4-150-100-50050100150时 间 t/s电压u/V3.223.243.263.283.33.323.343.363.383.4x 10-4-3-2.

26、5-2-1.5-1-0.500.511.52时 间t/s电压u/V-10123456x 10-4-20-15-10-50510152025时 间 t/s电压u/V3.263.273.283.293.33.313.32x 10-4-3-2.5-2-1.5-1-0.500.511.52时 间t/s电压u/V3.5 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：cmdBf/11.17./)11ln60lg(ln)(022220（3）非

27、线性参量的测量:根据2)0()(420102300PxxPcAB=5.44 3.6 本实验人员分工实验四超声成像实验4.1、实验内容1.准备成像的材料，比如煮熟的鸡蛋。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 20 页，共 26 页 -.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;clear all;for i=0:23 num=num2str(i);if i=9 num

28、=strcat(0,num);end 实验数据 4TEK00,num,.CSV);R=0,3,2499,4;%数据范围R1=0,1,2,1;R2=8,1,9,1;M=csvread(filename,0,3,R);M1=csvread(filename,0,1,R1);M2=csvread(filename,8,1,R2);Ts=M1(2,1);fs=1/Ts;名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 21 页，共 26 页 -.V=M2(1,1);N=1:2500;T=M(:,1);%时间抽%T=N.*Ts;U=M(:,2)*V;%电压轴figure(i+1);subplot(2,1

29、,1);plot(T,U);grid;xlabel(时间 t/s);ylabel(电压 u/V);subplot(2,1,2);Uh=hilbert(U);Uhabs=10*log(abs(Uh);%包络的绝对值对数放大img(:,i+1)=Uhabs;plot(T,Uhabs)grid;end x=1,24;y=1,2500;figure(25);imagesc(x,y,img)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 22 页，共 26 页 -.4.3、程序运行结果-2-101234x 10-4-2-1012时 间 t/s电压u/V-2-101234x 10-4-100-50050

30、-2-101234x 10-4-2-1012时 间 t/s电压u/V-2-101234x 10-4-100-50050-2-101234x 10-4-2-1012时 间 t/s电压u/V-2-101234x 10-4-100-50050-2-101234x 10-4-2-1012时 间 t/s电压u/V-2-101234x 10-4-100-50050-2-101234x 10-4-2-1012时 间 t/s电压u/V-2-101234x 10-4-100-50050-2-101234x 10-4-2-1012时 间 t/s电压u/V-2-101234x 10-4-100-50050-2-10

31、1234x 10-4-2-1012时 间 t/s电压u/V-2-101234x 10-4-100-50050-2-101234x 10-4-2-1012时 间 t/s电压u/V-2-101234x 10-4-100-50050名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 23 页，共 26 页 -.-2-101234x 10-4-2-1012时 间 t/s电压u/V-2-101234x 10-4-100-50050-2-101234x 10-4-2-1012时 间 t/s电压u/V-2-101234x 10-4-100-50050-2-101234x 10-4-2-1012时 间 t/s电

32、压u/V-2-101234x 10-4-100-50050-2-101234x 10-4-2-1012时 间 t/s电压u/V-2-101234x 10-4-100-50050-2-101234x 10-4-2-1012时 间 t/s电压u/V-2-101234x 10-4-100-50050-2-101234x 10-4-2-1012时 间 t/s电压u/V-2-101234x 10-4-150-100-50050-2-101234x 10-4-2-1012时 间 t/s电压u/V-2-101234x 10-4-100-50050-2-101234x 10-4-2-1012时 间 t/s电压

33、u/V-2-101234x 10-4-100-50050名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 24 页，共 26 页 -.-2-101234x 10-4-2-1012时 间 t/s电压u/V-2-101234x 10-4-100-50050-2-101234x 10-4-2-1012时 间 t/s电压u/V-2-101234x 10-4-100-50050-2-101234x 10-4-50510时 间 t/s电压u/V-2-101234x 10-4-100-50050-2-101234x 10-4-50510时 间 t/s电压u/V-2-101234x 10-4-100-5005

34、0-2-101234x 10-4-50510时 间 t/s电压u/V-2-101234x 10-4-100-50050-2-101234x 10-4-50510时 间 t/s电压u/V-2-101234x 10-4-150-100-50050-2-101234x 10-4-50510时 间 t/s电压u/V-2-101234x 10-4-100-50050-2-101234x 10-4-50510时 间 t/s电压u/V-2-101234x 10-4-100-50050最终得到的材料截面超声成像图为：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 25 页，共 26 页 -.510152050010001500200025004.4 本实验人员分工：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 26 页，共 26 页 -