Page 78 - 《应用声学》2021年第3期

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焦点处声压能量，因为颅骨厚度不均匀，在超声传播 测颅骨内部的声压信号。因为水听器的输出信号
过程中对超声能量的阻挡程度不同，传播路径也不 十分微弱，所以需要辅助使用声压放大器 (5660B
同，导致两个焦点的形状和大小不一样。 PREAMP，OLYMPUS，日本) 放大超声声压信号，
将 60 dB 前置声压放大器连接在示波器 (TDS3014，
3 实验验证 Tektronix，美国) 上，探头由 Verasonics 系统控制各
阵元时间延时发射连续超声脉冲波，以 1 mm 为单
3.1 实验设计
位在水平方向移动水听器，并检测声压。
本文设计仿体实验来对比传统相控聚焦和时 此外，又设计检测实验来考察声场与感应电场
间反演聚焦的效果，利用本实验室 Verasonics 开放 之间的关系。如图 11 所示，在静磁场中放入与超
式多通道超声研究平台实现焦点可视化，可以对刺 声换能器处于同一水平面的导电样本，将金属导线
激位置准确定位。如图10所示，在水箱中放置由CT 放置于导电样本中，并与超声换能器探头表面相距
模型 3D 打印而成的仿体颅骨，选择与真实颅骨声 40 mm，在相对位置不变的情况下，控制 Verasonics
学特性相近的聚酯材料。在矢状缝与冠状缝交点正 系统超声相控阵的焦距以 2 mm 为单位从 20 mm
下方 20 mm 处固定 64 阵元相控阵超声探头 (P4-2v 递增至 60 mm，金属导线连接差分放大器放大测量
探头，Verasonics，美国)。在颅骨仿体内部距离超声 到的电信号，使用万用表记录数值，并使用水听器检
探头中心正上方 40 mm 处放置水听器 (HNR-0500， 测与金属导线处于同一区域的超声信号，将测得的
ONDA，美国)，水听器稳定粘合于千分尺，用于检 两种信号归一化处理并对比。

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图 10 实验平台
Fig. 10 Experiment platform

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(a) ࠮ႃನవ (b) ႃڤೝ฾ (c) ܦڤೝ฾
图 11 导电样本和电场检测和声场检测
Fig. 11 Conductive sample and electric field detection and sound field detection
3.2 实验结果 18.9 mm，如图 12 所示。当阵元间距 d 远小于超声

本实验使用的超声相控阵参数如下：阵元数 波长 λ 时，波束指向性较差 [25] ，为得到形状规则的
N 为 64，阵元宽度 a 为 0.25 mm，阵元自身长度 h 焦点，设置各阵元基波频率为 1 MHz。预先设定这
为 14 mm，阵元间距 d 为 0.3 mm，相控阵总长 l 为 些参数进行仿真，以获得阵列延迟传输所需时间。