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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳聰瑛
研究生(外文):Tsung Ying Chen
論文名稱:以紋影法探討聚焦式超音波穿透柵狀異質物干擾之影響
論文名稱(外文):Schlieren Observation of Focused-Ultrasound Wave Propagation Interfered by Rib-Type Obstacles
指導教授:劉浩澧劉浩澧引用關係林炆標
指導教授(外文):H. L. LiuW. P. Lin
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:電機工程學研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
論文頁數:79
中文關鍵詞:紋影法聚焦式超音波
外文關鍵詞:Schlieren systemFocused ultrasound
相關次數:
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近年來的研究中,紋影法在超音波領域上的應用是眾所皆知的方法。以往在量測超音波設備,通常是以機械式水聽筒三維壓力分佈為標準;紋影影像是判斷壓力分佈的另一種方法。這種方法是以視覺成像的技術,而不是傳統的機械式水聽筒[1]。本研究之目的在於利用纹影法(或稱為Schlieren影像)觀察聚焦式超音波經柵狀異質物干擾後之影響。本研究使用雷射光作為光源,以一架CCD Camera為擷取影像,再傳回電腦端作處理。在擷取影時,分別取一張有超音波訊號和一張沒有超音波訊號的圖像,二張圖像做相減,再經由影像處理後,可得到經超音波干涉所產生之纹影,藉以觀察超音波聲壓分佈[1, 2]。實驗中,分別用1.64 MHz及400 kHz 之聚焦式超音波作測試,並用不同之柵狀異質物進行聲波干擾。實驗結果發現,柵狀異質物對1.64 MHz及400 kHz之超音波均會產生超音波之干涉。柵狀異質物數量或位置均會對聲場有不同程度之干擾及聲壓衰減。
Research in recent years, the Schlieren method in the field of application of ultrasound is well-known methods. In the past, ultrasound measurement equipment, usually in the hands of three-dimensional mechanical pressure distribution of water as a standard; schlieren imaging to determine the pressure distribution is another way. This method is based on visual imaging technology rather than the traditional mechanical handset water[1]. The purpose of this study is the use of schlieren method observed by focused ultrasound rodded heterogeneous material after the impact of interference. In this study, the use of laser as a light source, a CCD Camera to capture images, before returning to deal with client computer. In the video capture, respectively, there is a check and an ultrasound signal is no ultrasound images, two images do subtraction, and then by the image processing, will be generated by the interference of ultrasound schlieren, in order to observe the ultrasonic sound pressure distribution[1, 2]. Experiments were 1.64 MHz and 400 kHz for the focused ultrasound testing, and different materials for gate-like heterojunction acoustic interference. Experimental results show that heterogeneity of grid-like on the 1.64 MHz and 400 kHz ultrasonic ultrasound will produce the interference. Grid-like material heterogeneity on the quantity or location of the sound field are in varying degrees of interference and attenuation of sound pressure.
目錄
指導教授推薦書 i
口試委員會審定書 ii
長庚大學博碩士論文著作授權書 iii
國家圖書館博碩士電子檔案上網授權書 iv
誌謝 v
中文摘要 vi
英文摘要 vii
目錄 viii
圖目錄 xi
表目錄 xiv
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2超音波概述 1
1.3觀察超音波變化 3
1.4紋影法的歷史 5
1.5研究動機與目的 6
1.6論文架構介紹 7
第二章 基本理論 8
2.1 傅立葉光學 8
2.1.1傅立葉光學歷史背景 8
2.1.2傅立葉光學原理 9
2.1.3濾波原理 10
2.2 紋影法基本概念 13
2.2.1區別紋影法(Schlieren)和影圖法(Shadowgraph) 13
2.2.2 Toepler’s紋影法 15
第三章 實驗方法 19
3.1實驗目的 19
3.2實驗架構 19
3.3 GUI控制介面 22
3.4系統校正 24
3.5實驗流程 25
3.6影像處理 26
3.7實驗儀器與設備 27
3.7.1聚焦式超音波換成器 27
3.7.2多功能訊號產生器 29
3.7.3寬頻放大器 30
3.7.4功率量測儀 31
3.7.5雷射 31
3.7.6 CCD Camera 32
3.7.7空間濾波器 34
3.7.8 Delay電路 36
第四章 實驗結果 39
4.1 400 kHZ探頭結果 39
4.1.1 連續波與叢集波比較 39
4.1.2 放置異質物的比較 44
4.2 1.64 MHZ探頭結果 50
4.2.1 連續波與叢集波比較 50
4.2.2 放置異質物的比較 55
第五章 結論與未來展望 62
5.1 結論 62
5.2 未來展望 62
參考文獻 63




圖目錄
圖1.1水聽筒量測的超音波聲場影像 4
圖1.2 MATLAB模擬的超音波聲場影像 5
圖2.1 4f系統 11
圖2.2 (a) 原始圖像(b)低通濾波器(c)濾波過後的影像 12
圖2.3 (a) 原始圖像(b)高通濾波器(c)濾波過後的影像 13
圖2.4 (a) 原始圖像(b)帶通濾波器(c)濾波過後的影像 13
圖2.5(a) 傳統影圖系統光路圖 14
圖2.5(b) 傳統紋影系統光路圖 15
圖2.6(a) 球面像差 16
圖2.6 (b) 旁像像差 17
圖2.6(c) 像場彎曲 17
圖2.7 Toepler’s單一透鏡紋影架構圖 18
圖2.8 雙透鏡紋影系統架構圖 18
圖3.1 紋影系統架構圖 21
圖3.2 紋影系統 21
圖3.3 GUI介面 23
圖3.4 實驗流程圖 26
圖3.5 紋影圖像影像處理 27
圖3.6(a) 1.5 MHz四相聚焦式超音波換能器 28
圖3.6(b) 400 kHz精密低頻聚焦式超音波換能器 29
圖3.7 多功能訊號產生器 30
圖3.8 寬頻放大器 30
圖3.9 功率量測儀 31
圖3.10 雷射 32
圖3.11(a) 光譜響應 32
圖3.11(b) CCD Camera 33
圖3.12(a) 空間濾波器 34
圖3.12(b) 空間濾波器上針孔的作用 35
圖3.12(c) 第零級亮點 36
圖3.13(a) Delay電路 37
圖3.13(b) 延遲電路時序 38
圖4.1 400 kHz紋影影像(連續波) 39
圖4.2 400 kHz叢集波(10 cycles)紋影影像 41
圖4.3 400 kHz叢集波(3 cycles)紋影影像 42
圖4.4 400 kHz叢集波(1 cycles)紋影影像 44
圖4.5 400 kHz未放置異質物的紋影影像 45
圖4.6 400 kHz放置一根異質物的紋影影像 47
圖4.7 400 kHz放置二根異質物的紋影影像 48
圖4.8 400 kHz將異質物放置在探頭中間的紋影影像 50
圖4.9 1.64 MHz紋影影像(連續波) 50
圖4.10 1.64 MHz叢集波(10 cycles)紋影影像 52
圖4.11 1.64 MHz叢集波(3 cycles)紋影影像 53
圖4.12 1.64 MHz叢集波(1 cycles)紋影影像 55
圖4.13 1.64 MHz未放置異質物的紋影影像 57
圖4.14 1.64 MHz放置一根異質物的紋影影像 58
圖4.15 1.64 MHz放置二根異質物的紋影影像 60
圖4.16 1.64 MHz將異質物放置在探頭中間的紋影影像 61



表目錄
表1.1 不同材質下的聲波傳遞速度 3
表3.1 超音波探頭相關資訊 28
表3.2 CCD Camera相關資訊 33
[1] N. Kudo, H. Ouchi, K. Yamamoto, and H. Sekimizu, "A simple Schlieren system for visualizing a sound field of pulsed ultrasound," 2004, pp. 146-149.
[2] T. Neumann and H. Ermert, "Schlieren visualization of ultrasonic wave fields with high spatial resolution," Ultrasonics, vol. 44, pp. 1561-1566, 2006.
[3] G. Settles, Schlieren and shadowgraph techniques: visualizing phenomena in transparent media: Springer, 2001.
[4] T. Azuma, K. Kawabata, S. Umemura, M. Ogihara, J. Kubota, A. Sasaki, and H. Furuhata, "Schlieren observation of therapeutic field in water surrounded by cranium radiated from 500 kHz ultrasonic sector transducer," 2004.
[5] I. Nunez, A. Arzua, and C. Negreira, "Improving pulsed dark field method to study ultrasonic phenomena," 2003.
[6] I. Nunez, A. Arzua, G. Cortela, and C. Negreira, "Application of the Schlieren pulsed method for the observation of simple and multiple scattering of ultrasonic waves," IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, vol. 52, pp. 491-494, 2005.
[7] T. Azuma, A. Tomozawa, and S. Umemura, "Observation of ultrasonic wavefronts by synchronous Schlieren imaging," Japanese journal of applied physics, vol. 41, pp. 3308-3312, 2002.
[8] B. Schneider and K. Shung, "Quantitative analysis of pulsed ultrasonic beam patterns using a Schlieren system," IEEE Transactions on Ultrasonics Ferroelectrics and Frequency Control, vol. 43, pp. 1181-1186, 1996.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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