Page 115 - 《应用声学》2020年第5期

第 39 卷 第 5 期 赵荣荣等： 双细胞光声信号的有限元分析 757

1.4 不同距离的两个红细胞模型 可能多地设置在加强区，使探测的光声信号干扰
在单个红细胞模型的基础上，以中心的红细胞 最小。观察图 3(a) 和图 3(b) 可以发现，单个红细
为主体红细胞，添加另一个红细胞。在本研究中，为 胞的光声频谱在频率是 400 MHz 时，几乎各个角
了使细胞间的距离作为影响主体红细胞光声特征 度光谱振幅处于最大值或者最大值的附近，同时
的唯一因素，需要将主体红细胞的尺寸及取向和另 也表明，红细胞的光声频谱信息在 400 MHz 时最
◦
一个红细胞设置为相同状态。主体红细胞处于圆形 为丰富。细胞的光声信号在 37 C 水中传播，水在
◦
水环境的圆心。另一个红细胞处于主体红细胞上方 37 C 的声速是 1520 m/s，根据频率与波长的关系
正对位置，其中心在y 轴上。主体红细胞在水环境中 可知，400 MHz 的波长为 3.8 µm。以 3.8 µm 为单
的位置固定，通过控制另一个细胞在y 轴上位置，调 位，设置11组不同距离，分别是2.85 µm (3/4波长)、
节两个细胞之间的距离，且两个细胞的距离是两个 3.8 µm、7.6 µm、11.4 µm、15.2 µm、19µm、22.8 µm、
细胞中心之间的距离。如图 4(a) 所示，是处于圆形 26.6 µm、30.4 µm、34.2 µm、38 µm。同样，与单
水环境中两个细胞距离为19 µm时的二维模型图。 个红细胞探测点的设置相同，以 10 µm 为半径，以
利用波的干涉原理，即两个相同的波源，它们 −75 ∼ 75 为范围，每隔 15 布置一个探测点，如
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◦
◦
的两列波叠加，在传播区域会形成稳定的加强区 图 4(b) 所示，描述了两个细胞在距离为 19 µm 时的
和稳定的减弱区，加强区与减弱区相间分布，以此 相关设置。这样，可以得到主体红细胞在与另一个
来调节两个细胞之间的距离，使探测点的位置尽 红细胞不同距离时，各个角度的探测点的光声信号。

 





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
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r/ ֓ r/
 
mm mm
(a) டʹڏ (b) ጺᑊᦊѬஊܸڏ
图 4 双细胞二维模型
Fig. 4 Two-cell two-dimensional model

2 分析结果 图5(a)和图 5(b)可以发现，图5(b) 中有更多的曲线
与红色的单细胞曲线相似与重合，说明细胞间相互
以主体红细胞 45 位置探测点的频域声压级
◦
影响最小的距离，分布在5λ∼10λ的可能性更高。
曲线为例，演示了在 11 个不同的距离下，寻找与
进行频域声压级曲线的定量分析时，主要尺度
单个红细胞最相似的曲线的过程，并进行了效果
是曲线的振幅和斜率。根据图 5(a) 和图 5(b) 可得，
对比。图 5(a) 是主体红细胞在 45 位置下，距离
◦
在26.6 µm距离下的曲线与单个红细胞的曲线相似
为 3/4λ ∼ 4λ 的频域声压级曲线，将单个主体红
细胞与 6 个不同距离下的频域声压级曲线进行对 度最高，不论是振幅还是斜率都有着极高的相似度，
比。图 5(b) 是主体红细胞在 45 位置下，距离为 两个曲线几乎重合，如图 6(a) 所示，是主体红细胞
◦
5λ ∼ 10λ 的频域声压级曲线，将单个主体红细胞与 在 45 位置下，距离为 26.6 µm 的曲线与单个红细
◦
5 个不同距离下的频域声压级曲线进行对比。对比 胞45 位置的曲线进行比较的结果。
◦