Генерация и распространение сдвиговых волн в резиноподобных средах с неоднородностями сдвигового модуля (1102722), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В срединномсечении параллелепипеда перпендикулярно его большим ребрам былапомещена решетка из нихромовых проволочек, натянутых междугетинаксовыми пластинками. Нихромовые проводники были натянуты в дваряда, при этом расстояние рядами и соседними отверстиями составляло 3 мм.На расстоянии примерно 5 мм и 10 мм от решетки были помещенынепрозрачные частицы-затворы, предназначенные для наблюдения сдвиговойволны с помощью оптической схемы регистрации. Концы нихромовойпроволоки были соединены с изолированными проводами для подачиэлектрического тока от источника питания. При подаче электрического тока наклеммы проводников, соединенных с решеткой, происходило выделение теплав нихромовой проволоке, и можно было нагревать центральную часть образца.Через проводники пропускался ток силой I = 1.5 А в течение 21 секунды.
Режимнагрева проводников выбирался таким, чтобы обеспечить температуру 100ºС вобласти, размеры которой соответствуют размерам проволочной решетки.Метод, предложенный для контроля температуры в нагреваемой области,заключается в измерении времени пробега сдвиговой волны через нагретуюобласть. Моделирование температурного поля на основе численного решенияуравнения теплопроводности показало, что значение температуры в соседнихточках вблизи проводников может отличаться только на начальном этапенагревания, когда существуют высокие градиенты температуры вблизиисточников.
Используя результаты расчета температуры, была рассчитанаожидаемая временная задержка при распространении сдвиговой волны черезнагретый слой. При проведении измерений время прихода сдвиговой волны вточку наблюдения отсчитывалось по положению максимума сдвиговогосмещения. Полученные результаты сравнивались с данными теоретическогорасчета (см. рис. 11).
Теоретический расчет задержки времени приходасдвиговой волны в точку наблюдения выполнялся с учетом выражения (5), гдес(х) соответствует распределению скорости сдвиговых волн в направлении23задержка, мсраспространения сдвиговой волны.Данныетеоретическогорасчета1.4неплохосогласуютсясэкспериментальнымизначениями1при временах до 300 секунд. Это0.7позволяет предположить, что пока2нагретый слой локализован в0.00100020003000некоторой области пространства,время, секможно довольно точно определитьтемпературусредывнем.Рис. 11.
Изменение временной задержкиПредполагая ширину нагретого слоя сдвигового импульса при прохождении черезравной 5 мм, можно рассчитать нагретый слой: 1) экспериментальныетемпературу слоя. По результатам значения; 2) данные теоретических расчетов.такого расчета температура в слое достигала примерно 105ºС. Несовпадениетеоретической зависимости и результатов эксперимента, как и в случаераспространения продольной волны через нагретый слой может быть вызванонеточностью определения коэффициента температуропроводности и егозависимостью от температуры.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫВ настоящей работе проведено экспериментальное исследованиевозможностей измерения сдвигового модуля среды в условиях неоднородногораспределения модуля сдвига в резиноподобных средах, обусловленногозаданным распределением упругих свойств, а также под действием изменениятемпературы.
Полученные результаты можно кратко сформулироватьследующим образом:1. Предложен оригинальный метод определения положения и размеранеоднородностей сдвигового модуля, находящихся в однородной среде. Методоснован на измерении временной задержки импульса сдвиговой волны приперемещении фокальной области ультразвукового пучка.
Показано, чторазмеры и положение неоднородностей могут быть определены с точностьюнескольких процентов. Абсолютные величины модуля сдвига неоднородностейи матрицы образца, определенные по предлагаемой методике, соответствовалирезультатам независимых измерений. Точность определения модуля сдвигаснижалась для мягких образцов, что обуславливалось увеличениемпространственной протяженности сдвигового импульса. Работоспособностьметода экспериментально продемонстрирована на образцах резиноподобных24сред с неоднородностями в виде плоского слоя и цилиндра.2. Предложен и реализован новый метод регистрации профиля сдвиговогоимпульса в оптически непрозрачных резиноподобных средах по отражениюпробной ультразвуковой волны от частицы, увлекаемой сдвиговой волной.Метод основан на регистрации фаз отраженных пробных волн, сдвинутых надискретный временной шаг.
Временные профили сдвиговых импульсов,зарегистрированные экспериментально, соответствовали расчетным профилям.3. Разработана и реализована новая методика измерения модуля сдвига врезиноподобной среде с использованием стандартной аппаратурыультразвуковой диагностики и терапии. Методика основана на генерациисдвиговых волн при электронной фокусировке ультразвукового импульса,создаваемого терапевтической решеткой и детектировании ультразвуковыхволнрассеянныхотмикрочастиц,имитирующихструктурныемикронеоднородности мягких биологических тканей и их последующейкорреляционной обработке. Получены профили сдвиговых волн, возбуждаемыевобъемеобразцапучком,создаваемымтерапевтическимпьезопреобразователем на различных расстояниях от оси зондирующего пучка.Скорость распространения сдвиговой волны соответствовала скорости,вычисленной с использованием параметров среды.4.
Проведено исследование распространения сдвиговой волны черезплоский нагретый слой. Показано, что время задержки сдвигового импульса,возникающее за счет изменения сдвигового модуля вследствие нагрева,определяется пространственным распределением температуры вдоль трассыраспространения импульса.5. Проведен анализ генерации сдвиговой волны в фокальной областиультразвукового пучка с учетом нагрева среды, вызванного поглощениемэнергии ультразвуковой волны.
Впервые зарегистрированы профили сдвиговыхволн при различных режимах тепловыделения.СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ1. В.Г.Андреев, А.В.Ведерников. Генерация и детектирование сдвиговых волн врезиноподобной среде с помощью сфокусированного ультразвука. - ВестникМосковского Университета Серия 3. Физика. Астрономия, № 1, c. 34-37 (2001).2. А.В.Ведерников, В.Г.Андреев. Измерение распределения сдвигового модуляупругости в неоднородных резиноподобных средах. - Вестник МосковскогоУниверситета Серия 3.
Физика. Астрономия, № 3 с. 52 - 56, (2006)3. А.В.Ведерников, В.Г.Андреев. Генерация и распространение сдвиговых волн всредах с тепловой неоднородностью сдвигового модуля. - Известия Академии25наук. Серия физическая, т. 69, № 2, с. 295 – 299, (2005).4. А.В.Ведерников, А.В.Морозов, В.А.Хохлова, В.Г.Андреев.
Измерениетемпературы в фокальной области ультразвукового излучателя. - Акуст. журн.т. 52. № 2. с. 149 - 155, (2006)5. В.Г.Андреев, А.В.Ведерников. Возбуждение и регистрация сдвиговыхвозмущений в резиноподобных средах ультразвуковыми методами. - Труды VIВсеросс. школы-сем. “Волновые явления в неоднородных средах”,Красновидово, с. 109 - 110 (1998).6. В.Г.Андреев, А.В.Ведерников. Возбуждение и регистрация сдвиговых волн врезиноподобной среде с помощью сфокусированных акустических пучков.
Сборник трудов X сессии РАО, т. 1, с. 98 - 101 (2000).7. V.G.Andreev, A.V.Vedernikov, S.Y.Emelianov. Elastic moduli measurement in thephantoms of biological tissue with conventional US imaging and therapeuticinstruments. – Proc. of the Intern. Conf. "Progress in nonlinear science", v. 2,pp.
510 - 515 (2001).8. А.В.Ведерников, В.Г.Андреев. Упругие волны, возбуждаемые точечнымповерхностным источником в резиноподобной среде. - Труды VIII Всеросс.школы-сем. "Волновые явления в неоднородных средах", Красновидово, т 2,c. 36 - 37 (2002).9. V.G.Andreev, A.V.Vedernikov. Shear wave excitation in an ultrasonically heatedtissue.
- in Proc. 3rd Int. Symp. on Therap. Ultras., pp. 163 - 168 (2003).10. A.V.Vedernikov, M.V.Averianov, V.A.Khokhlova, A.M.Morozov, V.G.Andreev.Indirect temperature measurements in a focal zone of ultrasonic transducer. - in Proc.3rd Int. Symp. on Therap. Ultras., pp. 217 - 223 (2003).11. А.В.Ведерников, В.Г.Андреев. Генерация сдвиговых волн сфокусированнымультразвуковым пучком: учет тепловых эффектов. - Сборник трудов XIII сессииРАО, т. 3, с. 184 - 187 (2003).26.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
