聚焦超声在脱气水声场中的多泡分布与声致发光研究

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氯化钠水溶液中多泡声致发光光谱的实验研究

氯化钠水溶液中多泡声致发光光谱的实验研究1陈瞻，徐俊峰，黄威，陈伟中，缪国庆南京大学声学研究所, 近代声学教育部重点实验室(南京大学)，南京 (210093)E-mail：miaogq@摘要：实验研究了不同浓度、不同氪气含量氯化钠水溶液中的多泡声致发光光谱,对其连续谱背景上出现的310纳米处的氢氧根离子光谱和589纳米处的钠原子光谱进行重点观察与比较。

发现在相同实验条件下，钠原子光谱强度明显高于氢氧根离子光谱强度，且其对实验条件的改变更加敏感。

而氪气含量，氯化钠水溶液浓度及驱动声压也在一定范围内对光谱强度的变化有较明显的影响。

；；；；；关键词：声空化声致发光光谱氯化钠水溶液浓度氪气含量驱动声压1．引言当液体中存在由超声波产生的声场,而这个声场的声压超过某一阈值时,液体中会产生大量的气泡,这种现象称之为声空化。

这些空化气泡将以与声场相同的频率进行非线性的膨胀与收缩。

当驱动超声波的声压进一步增大时,这些气泡将发生急剧的塌缩,在这一塌缩过程中气泡中将产生复杂的物理化学变化并发光。

这种现象称之为声致发光。

而这种由众多气泡产生的瞬态发光则称之为多泡声致发光(MBSL)。

二十世纪七十年代，F.R.Young等人[1]研究了溶有了包括五种惰性气体在内共十七种气体的水溶液的声致发光现象，此后惰性气体含量对于MBSL的影响成为声致发光领域的主流研究方向。

二十世纪九十年代初,Gaitan等人[2]首先利用除气的方法使得单个气泡能够稳定发光，称之为单泡声致发光(SBSL)。

此后各国科学家们基于这一实验技术进行了一系列实验,分别从使用的溶液的类型[3]，气泡动力学的理论及实验研究[4][5][6]，声致发光光谱的假设[7]等方面着手，发现了许多有趣和有价值的现象,使得声致发光逐渐成为了物理学和声学领域的热门课题之一。

近年来，Mutula等人[8]实验对比了MBSL与SBSL在相近的实验条件下的光谱，对MBSL与SBSL的发光机理进行了大胆的假设。

超声多波聚焦及声偏振方向控制方法

摘要在超声多波聚焦思想的基础上，通过数值模拟计算，分析了时间反转法的多波聚焦特性以及对声场偏
振方向进行控制的可行性。结果表明，在待测目标的不同位置处，时间反转法都能够实现多波聚焦的效果，使
具有不同传播速度、不同偏振特性的多种声波自适应聚焦。但是，在介质的近表面处，由于受到表面波的影响，
多波聚焦声场仍然具有椭圆偏振特性，无法实现声场偏振方向精确控制的目的；而位于介质内部的多波聚焦
Abstract On the basis of the idea of multi-wave focusing, the multi-wave focusing characteristic of time reversal method and the feasibility of controlling the polarization direction of the wave ﬁeld are analyzed by numerical simulation. The results show that the time reversal method can realize the eﬀect of multi-wave focusing at diﬀerent positions of the target, which makes the diﬀerent waveforms focused. However, at the near surface of the medium, the multi-wave focused ﬁeld still has the elliptical polarization characteristic due to the inﬂuence of the surface wave, and can not achieve the precise control of the polarization direction of the wave ﬁeld. The multi-wave focusing point inside the medium is rarely inﬂuenced by the surface wave, the numerical results show that the multi-wave focused ﬁeld has the linear polarization characteristic. Through changing the excitation amplitude and phase of the front and rear pulses of the source, the polarization direction of the wave ﬁeld can be controlled, and the purpose of polarization direction scanning is achieved. The study of this paper provides a probably new method to precisely detect crack direction and interface characteristic. Key words Multi-wave focus, Time reversal, Polarization direction control

超声喷雾热分解法制备p型ZnO多晶薄膜及其光致发光性能研究

摘要
采用超声喷雾热分解法，室温下在玻璃衬底上沉积了ＮＡ共掺杂的ＰＺＯ薄膜。采用ＸＤ —ｌ型ｎＲ
和ＳＭ测试手段对薄膜进行了晶体结构和表面形貌的表征，Ｅ结果表明所制备的薄膜为六角纤锌矿结构的ＺＯｎ薄膜，面均匀，表结构致密，有强烈的呈Ｃ垂直于衬底的（０）具轴０２择优取向。对薄膜进行了电学测试和光致发
光性￣ａ试，对薄膜的光致发光性能进行了研究。ｇ＇并ｌ
关键词ＺＯＰｎ型传导喷雾热分解＇＿ｌＮＡ共掺光致发光
文献标识码：Ａ中图分类号：８０４４
ＧｒｗｔｎｄＰｈｏｏｕｉｅｃｎｃｆＰｔｐｅＺｎｂｔａｏｉｐａｒｌｓｓｏｈａｔｌｍｎｓｅｅｏ —ｙＯｙＵｌｒｓｎｃＳｒｙＰｙｏｙｉ
共掺杂法ｌ１。通过与 Ⅲ族元素共掺杂可以进一步提高Ｎ的
固溶度。因此，Ｎ掺杂和Ｎ一 Ⅲ族元素共掺杂已成为目前获得
ｐ型掺杂的主要途径ｌ。目前，关ＺＯ的Ｎ— ＿、８有ｎＧａｇＮ— ｊＩｌ和Ｎ— ［３掺的研究都有报道。ｎ１胡Ａ１４１共
超声喷雾热分解法制备Ｐ型ＺＯ多晶薄膜及其光致发光性能研究／ｎ郑春蕊
・５３・
超声喷雾热分解法制备Ｐ型ＺＯ多晶薄膜及其光致发光性能研究ｎ

基于声异常透射效应的高强度聚焦超声换能器

基于声异常透射效应的高强度聚焦超声换能器章东;李成海;林洲【摘要】高强度聚焦超声(High intensity focused ultrasound ,HIFU )作为一种新型无创的外科技术已在临床上应用于各种良恶性实体肿瘤治疗.为了实现安全高效的肿瘤治疗,HIFU换能器的聚焦效率仍然有待提高.本文综述了声异常透射效应的基本原理,以及近期利用声异常透射效应的 HIFU聚焦超声换能器的研究.主要涉及两个方面的工作:(1)将声人工结构引入凹面型声透镜的设计,设计并制作了声超常透镜,对声透镜式聚焦换能器进行改进,达到了降低旁瓣的效果,从而提高了 HIFU治疗的安全性;(2)基于球弧周期槽阵列设计并制作了超构聚焦换能器,以增强 HIFU换能器聚焦效率.从理论及实验两方面研究了超构聚焦换能器与传统凹面换能器的声压分布和在组织中产生的温升.本文研究结果可进一步促进HIFU在临床治疗的广泛应用.【期刊名称】《数据采集与处理》【年(卷),期】2018(033)004【总页数】11页(P575-585)【关键词】高强度聚焦超声;声异常透射;声人工结构;聚焦增强【作者】章东;李成海;林洲【作者单位】南京大学声学研究所,南京,210093;南京大学声学研究所,南京,210093;南京大学声学研究所,南京,210093【正文语种】中文【中图分类】O426.9;O426.2引言高强度聚焦超声(High intensity focused ultrasound，HIFU)作为一种新型无创的外科技术得到人们广泛关注，并已在临床上应用于各种良恶性实体肿瘤的治疗[1]。

在HIFU治疗过程中，超声换能器以一定的聚焦方式将体外低能量的超声聚焦到体内形成一个高能量的靶点，使组织温度迅速上升，超过56 ℃，致使蛋白质变性，靶区组织发生不可逆凝固性坏死，但却不会损伤焦域外的正常组织[2]。

随着HIFU技术的发展，人们对聚焦换能器的性能提出了更高的要求。

不同聚焦状态激光致声能量转换效率

＝
对光击穿机制的研究最广泛。在光击穿机制中，激光
其中ＥＬ为激光器输出脉冲激光能量，Ｅ＝ｌｓｄｓ
Ｓ为波前的面积，ｓ可表的功率密度超过了液体的击穿阈值，在击穿区域产为穿过波前的声能量密度，生了等离子体，等离子体通过逆轫致等方式吸收激示为
大；水对激光的吸收系数越低，叩越大；激光会聚角度的增加能够使变大；等离子体对激光的吸收系数越高，＇７越大。关键词：激光物理；激光声；光击穿；光声能量转换效率
中图法分类号：ＴＮ２４９文献标识码：Ａ文章编号：１６７２ — ５４５Ｘ（２０１５）０９ — ０００１ — ０３
见其它文献对该问题进行研究。本文构建了激光声测量系统，对光击穿机制下，
叩＝
∑
）】２ △
（４）
式中：Ｄ为测量点到声源距离， △ｔ表示示波器不同聚焦状态激光致声的光声能量转换效率进行了采样间隔。实验中激光击穿的液体介质为蒸馏水，其研究，给出了通过改变激光聚焦状态来提高光声能密度为Ｐ。＝１０００ｋｇ／ｍ３，水中声速为１５００ｍ／ｓ，在计量转换效率的方法。研究结果可以为激光声的水下算中忽略水密度和声速随温度和水深的变化。应用提供一定的理论参考。
收稿日期：２０１５ — ０６ — １３
基金项目：国家高技术发展技术项目（５１１０９２１７）；装备预研基金（５１４０ｏ０ｌＯｌＯ５ＪＢ１１０１）资助项目。作者简介：鲁刚（１９７０一），男，北京人，博士，高工，主要研究方向为装备综合保障。

激光聚焦位置对金纳米颗粒光致超声信号的影响

在激光驱动宏观液流技术中，涂覆在金纳米颗粒自组装微腔表面的金颗粒在激光作用下的超声现象是驱动液体发生宏观流动的本质，超声的性质直接影响液体是否发生流动，以及液体流动质量，所以研究金纳米颗粒在激光作用下产生超声的特性，以及激光聚焦位置对金纳米颗粒超声的影响至关重要。本文中在搭
４１８
激光技术
２０１９年５月
建激光驱动宏观液流技术平台基础上，对比分析了激光不同聚焦位置和液体不同流动状态时的超声信号。当激光聚焦在比色皿中间时，激光辐照悬浮在溶液中的金纳米颗粒，金纳米颗粒在激光的辐照下产生光致超声信号，光声信号持续时间较短；当激光聚焦在比色皿内壁和溶液交界面时，金纳米颗粒光致超声信号持续时间增加并且变得杂乱，当光致超声信号出现周期性振荡时，金纳米颗粒溶液发生高速流动。此研究对金纳米颗粒在激光作用下的光声现象，以及激光驱动宏观液流技术物理机理分析具有重要的指导作用。
（１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｎａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５１１９１，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００４１，Ｃｈｉｎａ）
Ｆｉｇ２Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｓｉｇｎａｌｏｆｇｏｌｄｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌａｓｅｒｆｏｃｕｓｉｎｇｌｏｃａｔｉｏｎｓ
从图２所示结果可以看出，当５２７ｎｍ激光聚焦在比色皿中间时，也即５２７ｎｍ激光与悬浮在溶液中的纳米金颗粒相互作用时，超声探测器记录到明显的光致超声信号，圆形虚线框内信号即为溶液中金纳米颗粒在５２７ｎｍ激光作用下的光声信号，随后的声波信号为比色皿壁反射的回波信号，声波持续时间较短。当５２７ｎｍ激光聚焦在比色皿内壁和溶液交界面，而溶液未发生流动时，超声探测器检测到金纳米颗粒光声信号和比色皿壁反射的回波信号，但是和溶液中金纳米颗粒光声信号相比，比色皿壁上的金纳米颗粒在激光辐照下产生的光声信号持续时间增加且杂乱，明显叠加了其它信号。当金纳米颗粒溶液在激光驱动下发生高速流动，金纳米颗粒在激光辐照下的超声信号出现近似均匀的振荡峰（见图２中液流超声曲线），即液体发生流动时，超声信号出现了周期调制。为了进一步分析金纳米颗粒在激光作用下的超声特性，对图２中光声信号进行了傅里叶变换，如图３所示。

2011年博士点基金名单(新教师类)

申请学校东南大学山东大学中国海洋大学武汉大学华中科技大学中南大学中山大学中山大学华南理工大学四川大学四川大学西南大学重庆大学
申请人李铁香纪广华岳跃利吴远山刘显明周岳杨志景苑占江张梅胡文传张加劲张双虎张志民
学科组名称数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学
2011年度高等学校博士学科点专项科研基金资助课题名单（新教师类）
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 课题编号 20110001120111 20110001120112 20110001120113 20110003120003 20110009120025 20110031120001 20110031120002 20110031120003 20110032120074 20110041120038 20110041120039 20110061120003 20110061120004 20110061120005 20110061120006 20110071120001 20110071120002 20110071120023 20110072120008 20110073120068 20110073120069 20110076120002 课题名称几个带周期边值条件的非线性发展方程的 Cauchy问题非线性Dirac方程的计算和分析大规模稀疏模型的快速算法以及高维非凸稀疏模型的理论分析树的剪切以及随机树的尺度极限微分动力系统与奇点相关的大范围性质及其应用解析挠率中的几个问题的研究组合多项式的对数凹与单纯复形相依风险模型中的渐近理论及其应用热弹性网络系统的稳定性分析 II1型因子中的若干问题几类矩阵锥优化问题的增广拉格朗日方法二阶振动方程的周期解与稳定性基于秩的稳健经验似然基于随机矩阵理论的高维典则相关分析齐次型的华林问题及其对Jacobi猜想的应多参数正则化方法的理论和计算研究参数化平行平均曲率子流形的Bernstein 问题和Chern问题的研究两阶段抽样设计中数据分析的经验似然方新型网格缩减基与球型解码算法及其应用关于格路及其均匀分布的研究正交约束优化问题及其应用 GL（2）的可容许Banach表示研究申请学校北京大学北京大学北京大学北京师范大学北京交通大学南开大学南开大学南开大学天津大学大连理工大学大连理工大学吉林大学吉林大学吉林大学吉林大学复旦大学复旦大学复旦大学同济大学上海交通大学上海交通大学华东师范大学申请人郭紫华邵嗣烘贾金柱何辉朱圣芝苏广想王星炜李津竹韩忠杰房军生肖现涛梁树青刘天庆姜丹丹刘大艳陆帅杨翎郁文许威马俊文再文谢兵永学科组名称数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学数学课题类型新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类新教师类资助额度（万元） 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4

电磁波和超声波的区别

电磁波和超声波的区别超声波是频率超过20000HZ的声波，声波是由空气振动产生的。

因其方向性很好，常用作探测工具。

电磁波是由电磁感应产生的能量波。

常作为信息载体，如手机信号。

电磁波电磁波是什么正像人们一直生活在空气中而眼睛却看不见空气一样，人们也看不见无处不在的电磁波。

电磁波就是这样一位人类素未谋面的"朋友〞。

电磁波是电磁场的一种运动形态。

在高频电磁振荡的情况下，局部能量以辐射方式从空间传播出去所形成的电波与磁波的总称叫做"电磁波〞。

在低频的电振荡中，磁电之间的相互变化比拟缓慢，其能量几乎全部反回原电路而没有能量辐射出去。

然而，在高频率的电振荡中，磁电互变甚快，能量不可能全部反回原振荡电路，于是电能、磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去。

电磁波为横波。

电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。

电磁波的传播有沿地面传播的地面波，还有从空中传播的空中波。

波长越长的地面波，其衰减也越少。

电磁波的波长越长也越容易绕过障碍物继续传播。

中波或短波等空中波那么是靠围绕地球的电离层与地面的反复反射而传播〔电离层在离地面50～400公里之间〕。

振幅沿传播方向的垂直方向作周期性交变，其强度与距离的平方成反比，波本身带动能量，任何位置之能量功率与振幅的平方成正比。

其速度等于光速〔每秒3×1010厘米〕。

光波就是电磁波，无线电波也有和光波同样的特性，如当它通过不同介质时，也会发生折射、反射、绕射、散射及吸收等等。

在空间传播的电磁波，距离最近的电场〔磁场〕强度方向一样和量值最大两点之间的距离，就是电磁波的波长。

电磁波的频率γ即电振荡电流的频率，无线电播送中用的单位是千赫，速度是c.根据λγ=c,求出λ=c/γ.电可以生成磁，磁也能带来电，变化的电场和变化的磁场构成了一个不可别离的统一的场，这就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波，所以电磁波也常称为电波。

1864年，英国科学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象的根底上，建立了完整的电磁波理论。

凹球面聚焦脉冲声场特征的分析

文章编号:100023630(2000)0420205203凹球面聚焦脉冲声场特征的分析钱盛友1、2,邢达1(1.华南师范大学激光生命研究所,广州510631;2.湖南师范大学电子信息科学系,长沙410081)摘要:本文利用传递函数的概念导出了凹球面聚焦脉冲声场的简洁表达式,据此研究了源脉冲持续时间对声场分布的影响。

关键词:凹球面;聚焦声场;脉冲;传递函数中图分类号:O4222 文献标识码:ACharacteristic analysis of focused impulse sound f ield generated by concave spherical surface transducersQ IAN Sheng 2you 1、2,XIN G Da 1(1.Institute of Laser Life Science ,South China Normal University ,Guangzhou 510631,China ;2.Department of Electronic Information Science ,Hunan Normal University ,Changsha 410081,China )Abstract :A simple expression to analyze focused impulse sound field generated by concave spherical surface trans 2ducers is deduced based on the conce pt of transfer function ,and effects of exciting pulse duration on sound field are studied.K ey w ords :concave spherical surface ;focused sound field ;pulse ;transfer function收稿日期:2000204203;修订日期:2000207211湖南省教委基金资助项目。

2015年湖南省优秀硕士学位论文名单

口腔鳞状细胞癌癌相关成纤维细胞中FAK 表达及其生物学行为的初 100302 口腔临床医学步研究长沙市H1N1流感大流行防控措施的动力学模型研究乳腺癌靶向长春瑞滨纳米粒构建及体外评价 100400 公共卫生与预防医学 100702 药剂学
COX-2,ABO和NR3C2基因多态性对依那普利咳嗽不良反应及疗效的影 100706 药理学响 6
作者姓名邓金张砚王俏韩知秋彭星张海马志丽郭静楠刘卫周江李娟萍陈兰张锡霖章运生谢敏敏赵应香谭力鹏李维逸彭艳张庆飞肖文甲
论文名称
学科代码及名称
导师姓名周平胡军华许民利王坚强李斌杨招军黄桂芳赵敬哲王青聂舟李继山蔡青云刘承斌李丹赵小英何晓晓张屹经济法 030301 社会学 030301 社会学 070200 物理学 070302 分析化学 070305 高分子化学与物理 071000 生物学 071010 生物化学与分子生物学 080200 机械工程 080200 机械工程 080501 材料物理与化学 080502 材料学 080503 材料加工工程 080601 冶金物理化学 080603 有色金属冶金 080621 材料冶金 080703 动力机械及工程 080800 电气工程 080900 电子科学与技术 081000 信息与通信工程 081100 控制科学与工程
论文名称基于电子地图的GPS/INS组合导航技术与算法研究蛋白质网络的聚类分析方法及评估节理岩体力学特征及隧道施工力学行为研究高速列车荷载作用下交叉隧道动力响应特性及影响分区研究联合地基GPS及空基COSMIC的对流层水汽三维层析节理岩体采动损伤演化及破坏规律研究中深孔爆破块度控制及测定方法研究羟肟酸类捕收剂与细粒锡石的作用机理及浮选研究视网膜血管增强方法研究张量分解在大数据分析中的应用研究

超声无损探测中光致声波的原理及应用

分类号 UDC 注1
密级
学位论文
超声无损探测中光致声波的原理及应用
（题名和副题名）
罗敏慧
（作者姓名）
指导教师姓名
余学才
副教授
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电子科技大学
成都
（职务、职称、学位、单位名称及地址）
申请专业学位级别硕士专业名称
光学工程
论文提交日期
2007.4
论文答辩日期 2007.5
学位授予单位和日期
电子科技大学
答辩委员会主席
In the dissertation, the mechanism of ultrasonic generated by laser pulse are discussed systematically. The law of finite element is utilized to carry on the theoretical research to the laser ultrasound in the tabular aluminium. The ultrasonic signal excited by pulse laser which could be either point source or line source was analyzed. According to acoustic wave equation, the property and propagation of surface acoustic wave(SAW) was described. The influences of the characteristics of pulsed laser source, detecting distance, detecting method and the characteristics of the specimen on the results were detailed analyzed. In conclusion, the ultrasound excited by a laser line source has much more advantages than by a laser point source; the output of signal intensity would increase with decrease of the angle between laser propagating direction and the normal of the scattering surface and the one between scattering direction and the normal; the SNR would increase by reducing CFPI’s bandwidth, but increasing cavity’s length and reflectivity.

声学研究的最新成果

声学研究的最新成果近年来，随着科技的快速发展，声学研究也取得了越来越多的进展。

下面，让我们一起来探讨一下声学研究的最新成果。

一、声学成像技术的应用声学成像技术是指利用声波进行成像的技术，其应用非常广泛。

例如，医学上常见的超声波成像，就是利用声波成像技术采集人体内部的图像。

此外，声学成像技术还可以用于非破坏性检测、环境监测、地质勘探等领域。

最近，新型的声学成像技术——脉冲相干全息（PCH）成像技术，受到了广泛关注。

这种技术可以同时获得目标的相位和振幅，从而实现高分辨率的成像。

相比于传统的声学成像技术，PCH技术具有更高的速度和更高的精度。

二、声学超材料的研究声学超材料是指由人工设计的材料，可以控制声波在其中的行为。

最近，研究人员利用声学超材料设计了一种新型的声波透镜。

这种透镜可以将入射的声波经过特殊的材料结构折射，从而实现对声音的聚焦和扩散。

此外，声学超材料还可以用于声子晶体的研究。

声子晶体是一种能够控制声波在其中传播的材料，其具有很好的声学性能。

利用声学超材料设计的声子晶体可以在声学器件的应用中发挥重要作用。

三、空气中声波的传播规律研究空气中的声波传播规律是声学研究的一个重要方向。

最近，研究人员通过数值计算和实验验证，揭示了一种新型的声波传播现象——声波反弹。

研究表明，当声波遇到具有相反声波方向的界面（例如，墙壁或障碍物）时，会发生反弹现象。

这种现象的发现对于城市建设和防灾减灾有重要的意义。

例如，在警报系统中，我们可以通过声波反弹现象设计出更为高效的立体声警报器。

四、声音对人类身心健康的影响研究声音是我们日常生活中不可或缺的一部分，它对我们的身心健康有着重要的影响。

最近，研究人员对声音的影响进行了深入研究。

研究表明，特定的声音可以改善我们的注意力和情绪状态。

例如，某些自然声音（如水流声、鸟鸣声等）可以缓解焦虑症状，提高注意力和工作效率。

此外，还有一些声音被证明具有治愈效果。

例如，声波疗法就是一种利用声波治疗身体疾病的方法，其原理就是通过声波的能量调理人体内部的生物场，从而调整身体的免疫功能和生理机能。

多泡声致发光na原子特征光谱的展宽和频移

多泡声致发光na原子特征光谱的展宽和频移多泡声致发光（MDL）技术是目前最为常用的研究na原子特征光谱的手段之一。

MDL技术能够通过观测钠原子在等离子体中的发射光谱，来分析其电子结构和能级分布情况。

这里我们将重点介绍MDL技术在展宽和频移方面的应用。

一、展宽在MDL技术中，由于等离子体中钠原子的碰撞与复合过程，其发射光谱线形会发生展宽。

通过对光谱线形进行分析，可以了解等离子体内钠原子的碰撞和复合过程的情况，从而更好地理解钠原子的光谱特性。

常用的展宽模型包括Lorentz模型和Gauss模型。

Lorentz模型适用于在等离子体中没有相互作用的原子，而Gauss模型适用于相互作用较弱的原子。

对于高密度等离子体，可以采用改进的Lorentz-Gauss组合模型。

通过对这些模型进行拟合，可以得到精确的光谱线形参数，从而洞察钠原子在等离子体中的动力学过程。

二、频移MDL技术还可以用于分析钠原子的光谱频移，即光谱线位置发生的变化情况。

频移主要是由于热运动、多体效应和辐射场性质等因素引起的。

频移量可以通过电子温度和电子密度的变化进行计算。

在等离子体中，由于钠原子与其它粒子的碰撞发生，导致能级发生变化，因而造成频移。

特别地，在高密度等离子体中，频移现象更加显著。

通过对频移的测量，有助于研究等离子体中的粒子动力学过程，并且可以应用于等离子体诊断领域。

三、总结在MDL技术中，展宽和频移是两个重要的研究方向。

展宽研究主要从理论上探讨等离子体中的物理过程，而频移研究则可以应用于等离子体诊断和分析等领域。

在未来的研究中，MDL技术会与其它技术相结合，深入挖掘钠原子光谱特性，为相关领域的研究提供更加细致的数据支持。

（光学专业论文）不同频率、气体成份条件下气泡发光阈值声压研究

中文摘要中文摘要本论文在调研国际、国内有关声致发光研究历史和进展的前提下，对如何降低声致发光的闽值在理论上和实验上展开工作，取得了一定的成果，并设计了一个新的测量超声场强度的方法，实验上证明了其可行性。

本文在第一章概述了声空化和声致发光研究的历史和进展，从两大类声致发光及其应用方面阐述了本研究工作的意义。

然后，对现在已有的关于声空化、声致发光理论模型作一简单介绍。

第二章内容介绍了本工作使用的关键仪器和自制实验装置。

分析了实验中使用的两套致冷ｃｃＤ图像探测系统的量子效率、噪声、放大倍数等重要参数。

同时还分析了超声发生装置的特性。

然后，分三部分详细介绍了理论和实验－Ｌ作：第三章从实验和理论上分析超声作用频率对声致发光闽值的影响。

超声的驱动频率的火小影响气泡的膨胀比（气泡在超声作用下膨胀的最火半径／最小半径），进而影响气泡爆破时产生的温度，导致不同频率条件下气泡地声致发光阈值不同。

实验发现，随着超声频率的降低，声致发光闽值也降低，二者近似成线性关系。

第四章讨论了不同惰性气体对声致发光阈值的影响。

气泡内的惰性气体不同使气泡内的绝热系数和热扩散系数不同，惰性气体的原子质量越大，气体的绝热系数就越大而扩散系数就越小。

通过对含有单～氦、氩、氪的气泡进行声致发光闽值研究，发现随着气体原于质量的增加，气泡的声致发光阈值降低。

第五章介绍了一种利用声致发光成像的技术动态地测量液体中的声场强度的方法。

液体在超声的作用下产生的声致发光强度与驱动超声压强的大小有关，经多次试验发现液体中的超声压强与声致发光的强度近似呈线性关系。

通过液体中声致发光的强弱可以反映该发光情况下驱动声压大小，提出了一种新的测量声场的方法。

目前实验装置豹最小测量分辨率达到ｏ．００１ａｔｍ。

最后，本文对声致发光在生物和医学上的应用研究作…简要展颦，声致发中文摘要光不但具有在生物组织里穿透能力强等优点，而且能把生物问题通过光学手段显示出来，因此，具有广阔的应用前景。

聚驱后水淹层声电响应特征研究

聚驱后水淹层声电响应特征研究张庆国;宋增彬;刘茗茗;陈熹【摘要】为准确认识聚合物对声电曲线的影响,采用对子井分析技术,对应水洗程度,研究了深侧向测井曲线、R25电阻率曲线、声波时差曲线聚驱前后响应特征的变化,结合聚合物溶液实验和岩石电阻率、声波实验的结果,从机理角度出发,分析了产生这些变化的原因.聚合物具有弱导电性,聚合物溶液的电阻率主要取决于溶液的矿化度.注入清水聚合物的区域有电阻率上升现象.聚合物浓度越大,声速越小,声波时差越大.聚驱声波时差较水驱略有增大.淡水聚驱情况下,电阻率值和声波时差值在强水洗层段的增加量略高于中水洗层段.研究结果对聚驱后测井解释分析提供了参考依据.【期刊名称】《测井技术》【年(卷),期】2014(038)004【总页数】4页(P421-424)【关键词】测井解释;聚驱;岩石声电实验;水淹层;测井响应【作者】张庆国;宋增彬;刘茗茗;陈熹【作者单位】东北石油大学,黑龙江大庆163000;东北石油大学,黑龙江大庆163000;东北石油大学,黑龙江大庆163000;大庆油田有限责任公司采气分公司,黑龙江大庆163000【正文语种】中文【中图分类】P631.840 引言大庆萨尔图油田Ⅰ类油层已全面开展了注聚驱油，聚驱后采收率达到50%左右，比水驱时提高了10%～15%，但地下仍有50%左右的原油未被采出，因此准确描述聚驱后剩余油潜力及分布状况具有重要意义［1］。

但在已经注聚区块的测井解释中，发现注聚后的葡Ⅰ1－2油层水淹程度明显偏低。

本应是中高水淹的层位，测井曲线却有弱、低水淹的特征。

深侧向曲线较注聚前有所升高，被误解释为低水淹甚至是未水淹［2］；并且发现声波时差较注聚前略有增大，也致使测井解释有所偏差。

可见对聚驱后声电特性的研究非常必要。

以往研究分析认为聚驱后，由于聚合物自身性质和混合地层水矿化度的变化［3－5］，油层注聚后测井响应特征发生了变化［6－8］。

本文主要研究区域为萨北开发区北二西东部，地处大庆长垣萨尔图背斜构造北部西侧东块，该区含油面积3.6km2，共有油水井299口。

液体材料超声处理过程中声场和流场的分布规律研究

液体材料超声处理过程中声场和流场的分布规律研究吴文华;翟薇;胡海豹;魏炳波【摘要】针对合金熔体等液体材料的超声处理过程,选取水作为透明模型材料,采用数值模拟计算和示踪粒子实验方法,研究了20和490 kHz两种频率超声作用下水中的声场和流场分布.结果表明,增大变幅杆半径能够提高水中声压水平,扩大空化效应的发生区域.当超声频率为20 kHz时,水中声压最大值出现在超声变幅杆下端面处,且声压沿传播距离的增大而显著减小.如果超声频率增加至490 kHz,水中的声压级相比于20 kHz时明显提高,且声压沿着超声传播方向呈现出周期性振荡特征.两种频率超声作用下水中的流场呈现相似的分布特征,且平均流速均随着变幅杆半径增大表现出先升高后降低的趋势.变幅杆半径相同时,20 kHz频率超声作用下水中的平均流速高于490 kHz频率超声.采用示踪粒子图像测速技术实时观察和测定了水中的流速分布,发现其与计算结果基本一致.%When ultrasound propagates in a liquid alloy, nonlinear effect takes place such as cavitation effect and acoustic streaming, which accelerates the solute and thermal transportation during alloy solidification, and consequently, improves the solidification microstructures and mechanical properties of the metallic alloy. Therefore, it is significant to investigate the ultrasound propagation characteristics in liquid. Here, by choosing water as a model transparent material, the acoustic fields and flow fields induced by 20 and 490 kHz ultrasounds are investigated by numerical simulation, and the effects of frequency and ultrasonic horn radius are studied. Firstly, the simulation results demonstrate that the sound pressure under 20 kHz ultrasound decreases obviously along the ultrasonic propagation direction, and themaximum of sound pressure value is equal to the initial pressure. In this case, the cavitation effect only occurs in the region close to the ultrasonic horn. By contrast, when the ultrasonic frequency increases to 490 kHz, the sound pressure is higher than that of 20 kHz ultrasound, and displays periodical vibration characteristic along the wave propagation direction. The cavitation volume correspondingly expands to a large extent with a regular striped distribution. It can also be found that increasing the ultrasonic horn radius under 20 and 490 kHz ultrasounds can effectively promote the sound pressure level in water, and hence leads to the remarkable enlargement of cavitation volume. Secondly, the calculated results of flow field indicate that the streamlines in water are similar under the two ultrasounds with different frequencies. A jet produced by the center of horn spreads down and divergences to both sides after reaching the bottom. For both frequencies as the horn radius increases, the radius of jet increases and the average velocity in water first increases and then decreases, whose maximum value appears when the horn radius is 40 mm. Meanwhile, the average velocity under 20 kHz ultrasound is larger than that under 490 kHz ultrasound for each horn radius. Finally, particle image velocimetry method is employed to measure the velocity field in water. Both the positions of eddy and the velocity distribution are the same as the simulation results, which verifies the reliability of the present theoretical calculation model. The scenario in this work is analogous to the acoustic field and the flow field in liquid alloy, which is beneficial for thedesign of parameter optimization during ultrasonic processing in alloy solidification.【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2017(066)019【总页数】10页(P140-149)【关键词】超声;声场;流场;空化效应【作者】吴文华;翟薇;胡海豹;魏炳波【作者单位】西北工业大学理学院, 西安 710072;西北工业大学理学院, 西安710072;西北工业大学航海学院, 西安 710072;西北工业大学理学院, 西安 710072【正文语种】中文针对合金熔体等液体材料的超声处理过程,选取水作为透明模型材料,采用数值模拟计算和示踪粒子实验方法,研究了20和490 kHz两种频率超声作用下水中的声场和流场分布.结果表明,增大变幅杆半径能够提高水中声压水平,扩大空化效应的发生区域.当超声频率为20 kHz时,水中声压最大值出现在超声变幅杆下端面处,且声压沿传播距离的增大而显著减小.如果超声频率增加至490 kHz,水中的声压级相比于20 kHz时明显提高,且声压沿着超声传播方向呈现出周期性振荡特征.两种频率超声作用下水中的流场呈现相似的分布特征,且平均流速均随着变幅杆半径增大表现出先升高后降低的趋势.变幅杆半径相同时,20 kHz频率超声作用下水中的平均流速高于490 kHz频率超声.采用示踪粒子图像测速技术实时观察和测定了水中的流速分布,发现其与计算结果基本一致.在金属熔体凝固的过程中施加功率超声能调控金属的结晶过程、细化凝固组织,在材料制备领域有着广泛应用［1−8］.这是由于超声波在液体中传播时能够产生空化、声流等非线性效应,从而改善材料内部组织结构并优化其性能［9−14］.所谓空化效应,是指当水中的声压超过某一临界值时,其中振荡的气泡会发生破灭和崩塌,从而形成局部瞬时的高温高压,显著改变液相中的热力学状态.而声流是由于声压梯度的存在而在液体内部形成的整体性环流,能够大大加速与相变过程相关的传热和传质速度.由此可见,液相内部的声压分布、发生空化效应的体积以及声流形态和流速大小是衡量超声波对液相作用效果的主导因素.从超声施振的方式而言,通常采用将超声变幅杆直接插入液相中一定深度进行施振.在这种情况下,超声频率、功率、变幅杆半径和液体种类等参数都能够改变液相中的声场和流场分布特征［15］,成为影响超声对液相作用效果的重要参数.如果只是进行实验研究,限于实验装置和条件,研究者通常只能改变单一或少数参量,而无法全面考察各种实验参量对声场和流场分布的作用规律.因此,建立超声波在液相中传播的声场和流场理论模型,研究各种参数对超声作用效果的影响,就成为亟待解决的科学问题.目前,国际上已经有一些相关的研究报道.如Trujillo和Kai［16］研究了超声频率为20 kHz时水中的流速分布;Kojima等［17］测量了490 kHz超声作用下水中的声压和流速分布.然而,不同超声频率和变幅杆半径作用下的声场和流场变化特征尚不明确.通过构建理论模型,能够总结出这些参量对声场和流场分布的作用规律,为揭示超声波在合金凝固过程中的传播规律奠定基础.由于水和熔融铝的相关流体性质类似,如室温下水的动力黏度和熔融铝的动力黏度是一个量级,且二者的声谱在整个宽带频谱上分布类似,可以认为水和熔融铝在超声处理下具有相似的行为［18］.另外,合金熔体中的流场无法直接观察,而水作为透明液体,可以用示踪粒子图像测速技术直接测量出超声作用下水中的流场,与构建的模型进行比较,以此来验证模型的正确性,从而可以将模型推广到合金熔体中去.因此,本文选取水为透明模型材料,建立了超声波在液态水中传播的声场和流场理论模型,数值计算了水中声压级和流速分布,研究了超声频率和变幅杆半径对声场分布、空化体积、流场形态和流速的改变规律.同时,采用粒子图像测速技术实时观察了水中的流线分布,并通过对流速的精确测定,验证了计算结果的正确性.三维几何模型如图1(a)所示,半径为50 mm、高为100 mm、厚度为10 mm的圆柱体玻璃容器中装满液态水.超声变幅杆从容器顶面中心插入液面以下30 mm,变幅杆半径R分别为1,20,40和49 mm.水中的谐波方程为方程(1)中,p代表声压;角频率定义为ω=2πf,其中f为超声频率;ρc和cc分别代表水和石英的复密度和复声速,表示为复波数kc和阻抗Zc可用下式表示:其中,α是声吸收系数,c0和ρ0分别表示水中的声速和水密度.计算过程中所用到的物理量数值如表1所列.由于该模型关于中心轴对称,故石英容器中的声场分布可由中心截面上的声场旋转一周生成,其几何边界条件如图1(b)所示.在水-空气和石英-空气界面上满足阻抗边界条件:其中,Ze=ρece是外部区域的阻抗(ρe和ce分别代表空气的密度和空气中的声速),n为垂直于壁面的单位矢量.超声变幅杆的作用等效为施加在液面中心的压力,初始压强大小恒定为9.42×105Pa.在水和石英中的初始声压均设置为0 Pa,分别研究20和490 kHz频率超声作用下水中的声场分布.在计算过程中,根据有限元方法,使用三角形网格划分,将整个计算区域剖分为约10000个网格,计算的自由度数约为20000个.流场由运动方程(方程(5))以及连续性方程(方程(6))得到:其中,τ表示黏度的压力张量,I为单位矩阵,u和p分别是流速和液体中的压力,F表示产生声流的单位体积上的力.结合方程(5)和(6),体积力表示为［21］µ为液体黏度,µb为体积黏性系数,p2和u2是声压和流速的二阶近似的时间独立量.在不考虑其他外力作用下,产生声流的体积力仅由声辐射力提供,此时体积力即为声场产生的声辐射力Fac,表示为［22］其中,uac是由声波在液体中传播产生的振荡速度,使用驻波近似p≈uacρ0c0［22］,则声辐射力的大小可以表示为［23］将通过声场模型得到的水中声压场导入到方程(9)中,计算得到声辐射力.再将声辐射力导入流场模型中,即可算出容器中的流场分布.流场边界条件如图1(c)所示.与计算水中声压分布的模型相同,只计算石英容器中心截面上的流场分布.利用有限元计算方法,整个计算区域包括约100000个三角形网格,计算的自由度数约为260000个.如图2所示,利用粒子图像测速技术测定了20 kHz超声作用下纯水中的流场分布.在底面半径为40 mm、高为100 mm、厚度为5 mm的烧杯里装满水,将半径为10 mm的变幅杆插入液面以下30 mm.在水中加入粒径为20—30µm、密度为1 g/cm3的硼硅酸盐空心玻璃微珠作为示踪粒子.激光光源选用功率为7 W的二极管抽运固体激光器,激光波长为532 nm.实验过程中,将激光器、烧杯和超声变幅杆的中心固定在一条直线上.当超声换能器开始作用时,打开激光光源,通过高速摄像机捕捉到2.5 s曝光时间内示踪粒子在水中的运动状态,然后将数据导入PIVlab软件中,从而测算出水中的流场分布.图3(a)为20 kHz频率超声作用下水中声压分布随变幅杆半径的变化规律.可以看出,声压沿超声传播方向呈衰减趋势.增大变幅杆半径能有效提高水中的声压水平,但位于变幅杆下端面处的声压最大值没有发生改变,均等于初始压强9.42×105Pa.进一步研究了不同半径的变幅杆作用下水中空化区域的大小.假设液体中充满半径为r0的气泡,根据气泡内外压力平衡方程以及气体状态方程,超声作用下液体强度Pt 可表示为［24］其中,Pa为大气压,Pv为水的饱和蒸气压,σ为水的表面张力系数.设声压振幅为p0,则液体中压强的幅度为|Pa±p0|,当Pa＜p0形成负压,这时空化核在负压作用下膨胀;当|Pa−p0|≥P t(注意:Pa−p0＜0)时形成空化,即超声空化阈值Pc为水中气泡半径r0设为1µm,温度为25°C.将相关数据代入(11)式,通过计算可以得到空化声压阈值Pc,水中声压大于Pc的区域为空化效应发生的区域,即图3(a)—(d)中黑色虚线上方的区域.由图可知,整个空化区域近似于圆锥体,且随着变幅杆半径的增大,位于变幅杆下端面附近的空化区域体积增大.超声频率为490 kHz时不同半径的变幅杆作用下水中声压分布如图4(a)所示.随变幅杆半径的增大,水中的声压水平增大.比较了490 kHz和20 kHz频率超声作用下水中沿z轴的声压分布,如图5(a)所示.可以看出490 kHz频率超声作用下水中声压沿超声传播方向呈周期性振荡特征,与超声频率为20 kHz时声压沿传播方向呈衰减趋势大不相同.这与超声的衰减系数有关,20和490 kHz频率超声下的衰减系数分别为25和1 m−1,衰减系数越小,超声在水中越以一种近简谐运动传播,从而改变了声压在水中的分布.490 kHz频率超声作用下水中的最大声压均大于初始压强,且声压最大值在变幅杆半径为40 mm时达到12 MPa.相应地,研究了水中的空化区域随变幅杆半径的变化规律,如图4(b)所示.图中绛红色区域表示水中的空化区域.由图可知,随着变幅杆半径的增大,水中发生空化效应的区域增大.在变幅杆正下方发生空化效应的区域呈规则条纹状分布,且空化区域体积明显大于其他区域.如当变幅杆半径为40 mm时,变幅杆正下方64.96%的空间为空化区域,而其他区域只有26.73%的空间发生空化效应.比较了20和490 kHz两种频率超声作用下声压分布和水中空化体积分数随变幅杆半径的变化规律,如图5(b)所示,由图可知,相同变幅杆半径下,490 kHz频率超声作用下水中声压水平和空化体积分数均大于20 kHz频率超声.当变幅杆半径为1 mm时,两种频率超声作用下水中均不发生空化效应.而当半径增至49 mm时,20 kHz频率超声作用下水中空化区域仅占石英容器总体积的15.7%,而490 kHz频率超声作用下水中发生空化效应的区域达到总体积的66.1%.由方程(11)可知,当假设液体中充满一定半径的微气泡时,空化阈值被确定,声压大于空化阈值的区域都将发生空化效应.比较两种频率下声压分布可知,高频超声作用下水中各个区域的声压水平高于低频超声下的声压水平,使得高频超声比低频超声作用下声压大于空化阈值的区域大,因此高频超声波的空化体积分数明显大于低频的.另外,比较图5(b)中两条曲线的斜率可知,随着变幅杆半径的增大,高频超声下的空化体积分数比低频超声下的增长得快.超声频率为20 kHz时不同变幅杆半径下水中的流场分布,如图3(b)所示.图中颜色深浅代表流速的大小,箭头代表流动的方向.由图可知,增大变幅杆半径会改变水中的流线分布.当变幅杆半径分别为1,20和49 mm时,均只在石英容器的下方出现两个对称的逆时针旋转的漩涡(即图3(b1)—(b4)中的A1和A2点处);而当变幅杆半径为40 mm时,除石英容器下方的漩涡,在靠近液面处(即图3(b3)中的B1和B2点处)还存在两个对称的逆时针旋转的漩涡.随着变幅杆半径的增大,水中的最大流速先增大后减小,在变幅杆半径为40 mm时达到最大值600 mm/s.490 kHz频率超声作用下水中的流场分布随变幅杆半径的变化规律如图4(c)所示,流场分布与20 kHz超声频率下的流场分布相似.一股射流自变幅杆中心射出,遇到底面后向两边发散.随着变幅杆半径的增大,射流半径增大.另外,在变幅杆半径为0.04 m时,除石英容器下方(即图4(c1)—(c4)中的A1和A2点处)的漩涡外,在靠近液面处(即图4(c3)中的B1和B2点处)还存在两个对称的逆时针旋转的漩涡.而其他半径下,仅在A1和A2处存在两个漩涡.两种频率超声作用下水中的平均流速随变幅杆半径变化的拟合曲线如图6(a)所示.相同变幅杆半径下,20 kHz超声作用下水中的平均流速均大于490 kHz超声作用下水中的平均流速.随变幅杆半径的增大,20和490 kHz超声作用下水中的平均流速均先增大后减小.20 kHz频率超声作用下水中的平均流速在R=40 mm处达到最大值243.5 mm/s.而当超声频率为490 kHz时,水中的平均流速在R=40 mm处达到最大值172.7 mm/s.研究了两种频率超声作用下水中的最大流速随变幅杆半径的变化规律,如图6(b)所示.频率为20 kHz的超声作用下,水中的最大流速随变幅杆半径的增大先增大后减小,最大流速在R=33 mm处存在一个极大值.而当超声频率增至490 kHz时,水中的最大流速随变幅杆半径的增大出现两个极大值.20 kHz频率超声作用下水中流场分布的实验和模拟结果比较如图7所示.其中,M 和N分别表示数值模拟和实验中漩涡出现的位置.由图可知,漩涡位置对称分布,且模拟出的流线分布与实验结果相符.另外,通过粒子图像测速技术观察到变幅杆下方水中示踪粒子的运动状态,如图7(a)所示.其中白色斑点为示踪粒子.比较变幅杆下方3 mm处(即图7(a)和图7(b)中的KL段,|KL|=20 mm)实验和数值计算的流速分布,如图7(c)所示.可以看出,实验测定和数值模拟的结果十分符合,沿KL段的流速均呈现先上升后下降的趋势,且流速最大值均出现在r=5.2 mm附近,从而验证了计算结果的可靠性.以水为透明模型材料,数值模拟了20和490 kHz频率超声作用下水中的声场和流场分布,并通过示踪粒子图像测速的方法进行了实验研究,得到以下主要结论.1)当超声频率为20 kHz时,声压沿超声传播方向呈衰减趋势;而当超声频率增至490 kHz时,声压水平提高,且沿传播方向呈周期性振荡特征;增大变幅杆半径能够使水中声压和发生空化效应的区域增大.2)相同变幅杆半径作用下,两种频率超声在水中引发了相似的流场分布,且20 kHz 超声作用下水中的平均流速均大于490 kHz超声作用下水中的平均流速.3)实验观测了水中的流场分布特征并测定了流速,发现漩涡出现的位置和流速大小均与数值计算结果较好地符合,验证了声场和流场模型的正确性.4)研究结果可以类比出超声在合金熔体中产生的声场和流场,从而为超声处理合金熔体过程的参数优化设计提供有益指导.【相关文献】［1］Jian X,Xu H,Meek T T,Han Q 2005 Matter Lett.59 190［2］Zhang S,Yin L,Fang N 2009 Phys.Rev.Lett.102 194301［3］Zhao F Z,Zhu S Z,Feng X H,Yang Y S 2015 Acta Phys.Sin.64 144302(in Chinese)［赵福泽,朱绍珍,冯小辉,杨院生2015物理学报64 144302］［4］Zhai W,Hong Z Y,Wei B B 2007 Sci.China Ser.G 37 367(in Chinese)［翟薇,洪振宇,魏炳波 2007中国科学G:物理学力学天文学37 367］［5］Chen R,Zheng D,Guo J,Ma T,Ding H,Su Y 2016 Mater.Sci.Eng.A 653 23［6］Bang J H,Suslick K S 2010 Adv.Mater.22 1039［7］Zhai W,Hu L,Geng D L,Wei B B 2015 pd.627 402［8］Huang H J,Xu Y F,Shu D,Han Y F,Wang J,Sun B D 2014 Trans.NonferrousMet.Soc.China 24 2414［9］Gerold B,Glynnejones P,Mcdougall C,Mcgloin D,Cochran S,Melzer A 2012Appl.Phys.Lett.100 391［10］Zhai W,Wei B B 2015 Mater.Lett.138 1［11］Dijkink R,Ohl C D 2008 Appl.Phys.Lett.93 254107［12］Muller P B,Bruus H 2015 Phys.Rev.E 92 063018［13］Loh B G,Lee D R,Kwon K 2006 Appl.Phys.Lett.89 2367［14］Zhai W,Liu H M,Hong Z Y,Xie W J,Wei B B 2017 Ultrason.Sonochem.34 130 ［15］Tzanakis I,Lebon G S,Eskin D G,Pericleous K A 2017 Ultrason.Sonochem.34 651 ［16］Trujillo F J,Kai K 2011 Ultrason.Sonochem.18 1263［17］Kojima Y,Asakura Y,Sugiyama G,Koda S 2010 Ultrason.Sonochem.17 978［18］Tzanakis I,Lebon G S,Eskin D G,Pericleous K A 2017 Ultrason.Sonochem.34 651 ［19］Dahlem O,Reisse J,Halloin V 1999 Chem.Eng.Sci.54 2829［20］Xu Z,Yasuda K,Koda S 2013 Ultrason.Sonochem.20 452［21］Wu J,Du G 1993 Ultrasound Med.Biol.19 167［22］Aanonsen S I,Barkve T,Tjøtta J N,Tjøtta S 1984 J.Acous t.Soc.Am.75 749［23］Nightingale K R,Trahey G E 2000 IEEE Trans.Ultrason.Ferr 47 201［24］Cheng J C 2012 Acoustics Principle(Beijing:Science Press)p828(in Chinese)［程建春2012声学原理(北京:科学出版社)第828页］。

神奇的声致发光

神奇的声致发光
张桂清
【期刊名称】《光的世界》
【年(卷),期】1995(000)004
【总页数】1页(P17)
【作者】张桂清
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】O482.31
【相关文献】
1.聚焦超声在脱气水声场中的多泡分布与声致发光研究 [J], 张玉荣;李非;陈宗桂;龚晓波;李发琪
2.惰性气体参数对声致发光的影响 [J], 王德鑫;那仁满都拉
3.“神奇”何以神奇──来自遵义市神奇保健厂的报道 [J], ;
4.声致发光技术进展与应用前景 [J], 于颖; 石鑫; 刘忱; 王海凤
5.硫酸溶液中声致发光空泡的质量传递 [J], 吕良;胡凯
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对单泡声致发光和多泡声致发光的光谱和发光机制的研究的开题报告

对单泡声致发光和多泡声致发光的光谱和发光机制
的研究的开题报告
题目：单泡声致发光和多泡声致发光的光谱和发光机制的研究
摘要：
声致发光是一种新颖的光致发光过程，即在声波的作用下，物质会
产生发光现象。

单泡声致发光和多泡声致发光是声致发光中的两种典型
形式。

研究单泡声致发光和多泡声致发光的光谱特性和发光机制对于深
入理解声致发光现象具有重要意义。

本文拟通过综合文献研究、理论分析和实验探究的方法，对单泡声
致发光和多泡声致发光的光谱和发光机制进行系统研究。

具体地，研究
内容包括以下几个方面：
1. 单泡声致发光的光谱和发光机制：分析单泡声致发光的典型光谱
特征，探讨单泡声致发光的发光机制，包括声波-气泡相互作用和声波-液体相互作用。

2. 多泡声致发光的光谱和发光机制：研究多泡声致发光的光谱特征，探讨多泡声致发光的发光机制，如声波-气泡-液体三相相互作用。

3. 实验研究：设计实验方案，对单泡声致发光和多泡声致发光的光
谱和发光机制进行实验验证。

预期成果：
通过对单泡声致发光和多泡声致发光的光谱和发光机制的研究，本
文预期得出以下成果：
1. 揭示单泡声致发光和多泡声致发光的光谱特征和发光机制。

2. 探讨声波-气泡和声波-液体相互作用对单泡声致发光的影响，以
及声波-气泡-液体三相相互作用对多泡声致发光的影响。

3. 通过实验验证，得出单泡声致发光和多泡声致发光的光谱和发光机制。

4. 为声致发光技术的应用提供理论支持。

关键词：单泡声致发光、多泡声致发光、光谱、发光机制。

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聚焦超声在脱气水声场中的多泡分布与声致发光研究张玉荣;李非;陈宗桂;龚晓波;李发琪【摘要】为明确多泡空化在高强度聚焦超声(High intensity focused ultrasound ,HIFU )治疗中焦前区、焦后区的副作用,进一步优化HIFU治疗,本文在不同声强下利用高速摄像系统与数字相机拍摄聚焦超声在脱气水声场中的多泡及多泡声致发光(Multi-bubble sonoluminescence ,MBSL)的空间分布,通过被动空化检测(Passive cavitation detection ,PCD)技术和光电倍增管(Photomultiplier tube ,PM T )系统检测多泡空化特征及声场整体发光强度.研究表明:当声强较低时(如3 047 W／cm2) ,气泡以驻波场模式分布;随着声强的提高,焦点处出现向焦后方生长的气泡群,3～6 M Hz宽带噪声增幅明显,同时MBSL最先出现在焦前区,并向换能器表面扩大,声场整体发光强度与声强成正比;当声强足够高时(如21 328 W／cm2) ,焦点处空化泡群剧烈坍缩的同时可见椭球形光斑,嘶嘶声不断,气泡的聚集大大降低了声场的相对发光强度.【期刊名称】《数据采集与处理》【年(卷),期】2018(033)004【总页数】9页(P628-636)【关键词】高强度聚焦超声;多泡分布;多泡声致发光;被动空化检测【作者】张玉荣;李非;陈宗桂;龚晓波;李发琪【作者单位】重庆医科大学生物医学工程学院,重庆,400016;重庆医科大学生物医学工程学院,重庆,400016;重庆医科大学生物医学工程学院,重庆,400016;超声医疗国家工程研究中心,重庆,401121;重庆医科大学生物医学工程学院,重庆,400016【正文语种】中文【中图分类】O426.4引言高强度聚焦超声(High intensity focused ultrasound, HIFU)是一种体外无创治疗肿瘤技术，其核心是通过超声聚焦换能器将声能聚焦于靶组织使其发生凝固性坏死，却不损伤周围的正常组织[1]。

当HIFU治疗位置较深或体积较大的肿瘤时通常需要较高的声功率(≥300 W)或较长的辐照时间，甚至重复治疗，因此焦前区或焦后区的生物组织经常发生一些诸如皮肤烧伤、肠道穿孔、骨膜疼痛等副作用[2-3]，一般将其原因归结于超声热效应或换能器的设计缺陷。

但是，空化效应产生的二次谐波及宽带噪声可被组织吸收并促进热量沉积，增强靶区或声通道组织的损伤[4]。

因此，一方面，靶区可控的空化效应可用于HIFU增效及超声监控[5-6]；另一方面，焦前区或焦后区的空化效应会造成额外的空化损伤，从而加重HIFU治疗的副作用[7]。

可见，空化泡的空间分布与活动程度与HIFU疗效密切相关，而现有的空化研究主要集中于HIFU治疗中焦点处的生物组织，鲜有在脱气水中开展焦前区及焦后区的空化研究。

在超声波的正、负声压相的交变激励下，液体中的空化核周期性地生长与破裂的过程称为声空化[8]，空化泡破裂瞬间，中心温度和压力分别高达5 000 K和1×105 kPa[9]，其中，极端高温的出现引发光子向外辐射，即声致发光(Sonoluminescence, SL)，也称为多泡声致发光(Multi-bubble sonoluminescence, MBSL)[10-11]。

声致发光从光学角度实现了对空化泡的空间分布及活动程度的直观测量与分析[12-13]，声致发光的强度在一定程度上可以反映声场中声压的分布，并依赖于声学参数(如声功率[14]、超声频率[15]及环境条件(如氧容量[16]、液体温度[17])等因素。

目前，关于声致发光的研究一般都是基于低频(≤ 100 kHz)或低输出声功率(< 100 W)的平面声场[13，16，18]，相对而言，高强度聚焦超声场中声致发光的研究尚少。

因此，本文借助MBSL、被动空化检测(Passive cavitation detection, PCD)等手段在脱气水中研究了凹球面自聚焦超声换能器在不同声强下产生的聚焦声场中多泡的空间分布及活动程度，本研究的开展对人们认识焦前区、焦后区的副作用及优化HIFU治疗都有一定的指导意义。

1 材料与方法1.1 实验装置如图1所示，本研究的实验装置主要由5部分组成：(1)HIFU治疗设备，由凹球面自聚焦超声换能器(工作频率为446 kHz，焦距与开口直径分别为150 mm和220 mm)、扫描运动装置(运动精度为0.1 mm)、计算机智能控制装置、脱气水处理单元与大功率电源构成；(2)高速摄像系统，包括日本Photron公司制造的FASTCAM SA4高速摄像机及v3.5.1 PFV软件；(3)被动空化检测系统，由美国泛美无损检测公司制造的V309-SU宽带聚焦换能器(中心频率5 MHz，焦距40 mm，开口直径13 mm)，以及美国国家仪器有限公司生产的PXie-5122高速数据采集卡和v10.0.1 LabVIEW软件组成；(4)日本尼康公司制造的D3X数字相机；(5)光电倍增管系统，包括美国安捷伦科技有限公司制造的DSOX6004A数字示波器、自制电磁屏蔽箱、日本滨松公司制造的H10721光电倍增管和C6438-01信号放大器等。

图1 实验装置示意图Fig.1 Schematic diagram of experimental set-up1.2 HIFU辐照凹球面聚焦超声换能器被置于1个长和宽均为50 cm、高为100 cm的透明玻璃水槽中，固定换能器表面与水面的距离为230 mm，其中，实验使用的介质水需要经过严格的脱气处理，并保证氧容量为3.0 mg/L。

实验开始，使用声功率计对HIFU换能器的输出声功率进行校验，通过美国ONDA公司制造的HFO-660光纤水听器进行声场扫描，测得-6 dB声焦域的长轴为14.1 mm、短轴为3.2 mm。

然后，通过调节驱动电源的输出电压控制换能器的输出声功率在50～410 W之间(相邻声功率输出间隔为30 W)，并通过式(1)算得不同输出声功率下的空间峰值声强Isp[19]为(1)式中：W为声功率；L=1.6 mm，为-6 dB声焦域的半高宽(Full width at half maximum, FWHM)。

因此实验使用的声强范围为3 047～24 984 W/cm2，相邻声强间隔约为1 828 W/cm2。

1.3 被动空化检测首先，将中心频率为5 MHz的宽带聚焦换能器固定在垂直于HIFU声束轴向的方向上，使其焦点分别位于HIFU换能器的焦点处及焦点下方2 cm两个不同的位置。

然后，通过数据线连接宽带换能器与高速数据采集系统，在不同声强下，采集HIFU辐照10 s期间两个不同位置的气泡散射的声信号，采样频率为20 MHz。

然后，基于LabVIEW开发平台进行信号采集与去噪，其中，去噪是信号处理的关键环节[20]，先通过Chebyshev带通滤波器读取所有信号，获取不同辐照时刻气泡散射声信号的频谱图，再将高次谐波和谐波周围±30 kHz的信号从频谱图中滤除。

最后，采用式(2)计算3～6 MHz宽带噪声信号均方根RMS值[21]，并绘出该值随时间变化的曲线。

(2)1.4 聚焦声场中的多泡分布与声致发光调节高速摄像机的位置使换能器的声焦域位于视野中央，在不同声强下，利用高速摄像系统拍摄聚焦声场中多泡的动态分布，其中，图像的帧频为1 000 帧/s，分辨率为300像素每英吋(Pixels per inch, PPI)。

调节Nikon相机的位置使聚焦声场的焦前区、焦点及焦后区均位于视野范围内，在暗室条件下拍摄MBSL的动态分布(拍摄参数：光圈F 2.8，曝光时间30 s，感光度H 2.0，图像分辨率为100 PPI)。

利用光电倍增管系统测量不同声强下聚焦声场的相对发光强度：在HIFU辐照过程中，将光电倍增管的感光口紧贴水槽玻璃外壁正对HIFU声焦域，声场中微弱的光信号被转换成电信号，通过信号放大器放大并在数字示波器上完成显示，其中，信号放大器的信号增益为500，控制电压为1.0 V。

这里输出的电信号值与入射光子量成正比，因此可用于表征声场的整体发光强度，减去无HIFU辐照时的背景光强度，即得不同声强下聚焦声场整体的相对发光强度。

2 结果与讨论2.1 不同声强下聚焦声场中多泡的动态分布气泡在声场中会产生两方面的结果：(1)气泡导致声波传播的衰减；(2)声辐射力推动气泡向焦点处聚集。

不同声强下聚焦声场中多泡的动态分布情况如图2所示。

当声强较低时(如3 047 W/cm2)，脱气水声场中的空化核呈驻波场模式分布，并位于驻波波腹处微弱振荡。

提高声强(如8 531 W/cm2)，聚焦声场的非线性效应显著，在声辐射力作用下声场中的气泡逐渐从驻波波腹处移向焦点处，如图2可见气泡群呈“火苗”状聚集于焦点处，然后向焦后方生长，随即消失。

气泡群周期性地出现、生长及消失的过程大约持续6 ms。

进一步提高声强(如10 359W/cm2)，焦点处气泡群的出现、生长及消失这一过程的持续时间逐渐延长，气泡群的最大尺寸明显增大。

当声强足够高时(如21 328 W/cm2)，焦点处可见气泡群剧烈地抖动，同时发出连续的嘶嘶声。

图2 不同声强下，聚焦声场中不同时刻的多泡分布情况Fig.2 Images of bubble activities at different acoustic intensities2.2 不同声强下聚焦声场中多泡的空化特征焦点处气泡在不同声强下散射的声信号的频谱图和3～6 MHz宽带噪声信号如图3所示。

当声强较低时(如3 047 W/cm2)，频谱图中可见二次谐波与1/2次谐波，未见明显的3～6 MHz宽带噪声。

通常1/2次谐波提示气泡在声波作用下的稳态空化，而非谐波的宽带噪声是瞬态空化发生的标志[4，22]。

由于空化是周期性的过程，因此在频谱图中空化信号呈周期性出现，在HIFU治疗中，通常需要结合空化信号分析凝固性坏死的形成机制。

随着声强的逐渐提高(如8 531 W/cm2)，高次谐波滋生，3～6 MHz宽带噪声的幅值显著增加。

需要注意的是，宽带噪声的出现需要一定时间累积，这一过程是空化核在声波的持续作用下周期性地生长、崩溃形成气泡群的过程。

进一步提高声强(如10 359 W/cm2)，3～6 MHz宽带噪声出现需要的辐照时间缩短。

当声强足够高时(如21 328 W/cm2)，3～6 MHz宽带噪声不断地出现，气泡群的空化程度十分剧烈。

图4为焦点处3～6 MHz宽带噪声RMS值随声强的变化曲线，在一定声强范围内(3 047～ 24 984 W/cm2)，3～6 MHz宽带噪声RMS值，即气泡群的空化程度与声强呈正相关。