超声传播与成像  070200M02039H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:一级学科普及课 | 任课教师:张碧星
授课时间: 星期四,第5、6、7 节
授课地点: 教一楼121
授课周次: 1、2、3、4、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16
课程编号: 070200M02039H 课时: 40 学分: 2.00
课程属性: 一级学科普及课 主讲教师:张碧星 助教:黄娟
英文名称: Ultrasonic waves propagation and imaging 召集人:

教学目的、要求

本课程为声学专业研究生的专业课。本课程主要讲授与超声检测相关的基本概念、超声成像的原理、成像方法以及阵列超声成像等相关研究的新成果。

预修课程

高等数学、数学物理方法、普通物理、声学基础

教 材

主要内容

第1章  绪论(2课时)
    超声成像检测的原理、方法及发展现状,理论声学的基本方程与通解。

第2章  固体中的声波(4课时)
固体中的应力应变关系、波动方程及求解、边界条件、Snell定律、临界角、声波在界面上的反射和折射、波型转换等。

第3章  平面分层介质中的声波(3课时)
    平面分层介质中的声传播,兰姆波、斯东利波、瑞利波和拉夫波的频散方程推导及频散特性分析。

第4章  柱面分层介质中的声波(3课时)
柱面分层介质中的声传播,流体圆柱和固体圆柱中的声场特性,柱状多层结构中的对称导波(轴对称波和扭转波)和非对称导波(弯曲波和螺旋波)的频散方程推导及频散特性分析。

第5章  各向异性介质中的声波(3课时)
各向异性介质中的波动方程,克利斯托费尔方程及求解,立方晶系和六角晶系中准纵波、准横波和纯横波的传播特性,慢度表面、径向表面和法向表面的基本特性。

第6章  压电介质中的声波(3课时)
压电介质的基本特征、本构关系、压电特性、克利斯托费尔方程及求解、压电增劲常数、机电耦合系数等,立方晶系和六角晶系中压电增劲常数和机电耦合系数的基本特性。

第7章  超声换能器及辐射声场(3课时)
     常规压电超声换能器的结构和特征及振动模式,厚度振动模、长度振动模和厚度切变模的共振频率与反共振频率。换能器辐射声场的瑞利积分计算方法,圆形活塞、凹面碗形结构、矩形活塞和条形晶片辐射声场的计算过程和分析。

第8章   超声扫描成像(3课时)
超声扫描成像的基本原理、方法和特征。超声扫描成像的探头、扫描方法、和图像显示方式,A型显示、B型显示、C型显示、D型显示、S型显示和F型显示的图像特征,扫描成像的图像偏差和失真及矫正方法。

第9章  超声走时层析成像方法(3课时)
基于声波射线理论的声波走时层析成像方法,射线追踪、射线方程、Radon变换、中央切片定理、连续图像重建、离散图像重建、代数重建法等。

第10章  超声衍射层析成像方法(3课时)
    基于声波衍射效应的声波衍射层析成像方法,波动方程积分形式、Born近似和Rytov近似、完全投影下的衍射层析方法、衍射投影定理、不完全投影下的衍射层析成像、代数重建法等。

第11章  传统超声成像方法(3课时)
常规超声成像方法的基本原理,ALOK法、衍射时差法、施利伦法、光弹法、超声全息法、超声相机、超声显微镜等成像方法的基本特点和应用范围。

第12章  声波时间反转成像(3课时)
声波时间反转成像的基本原理和方法,自适应时延聚焦技术、时间反转声场、时间反转腔、时间反转镜、相位共轭镜,时间反转聚焦特性及其在无损检测中的应用分析。

第13章  超声阵列成像(4课时)
合成孔径成像和超声相控阵成像的基本原理和方法,图像纵向和横向分辨率、合成孔径换能器、合成孔径匹配滤波、相控阵聚焦、声束控制、栅瓣和旁瓣控制、动态聚焦、时延精度控制、聚焦特性、相控阵换能器设计、相控阵应用等。

参考文献

1、B.A.Auld著,孙承平译,固体中的声场和波,科学出版社,1982
2、冯若主编,超声手册,南京大学出版社,1999
3、Woon Siong Gan 编著,李平等译,声学成像技术及工程应用,机械工业出版社,2014
4、杨文采,李幼铭,等编著,应用地震层析成像,地质出版社,1993
5、沈建中,林俊明编著,现代复合材料无损检测技术,国防工业出版社,2016