close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

3263.Изучение метода амплитудного сканирования.

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра физики и биомедицинской техники
ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДА АМПЛИТУДНОГО СКАНИРОВАНИЯ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторной работе №4 по дисциплине «Акустическое
зондирование биоматериалов»
Составители: В.И. Сериков, А.С. Пономарев
Липецк
Липецкий государственный технический университет
2014
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3049
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра физики и биомедицинской техники
ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДА АМПЛИТУДНОГО СКАНИРОВАНИЯ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторной работе №4 по дисциплине «Акустическое
зондирование биоматериалов»
Составители: В.И. Сериков, А.С. Пономарев
Липецк
Липецкий государственный технический университет
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2014
УДК 534 (07)
С 327
Рецензент Шарапов С. И.
Сериков, В. И.
С 327
Изучение метода амплитудного сканирования. [Текст]: методические
указания
к
лабораторной
работе
№4
по
дисциплине
«А к у с т и ч е с к о е з о н д и р о в а н и е б и о м а т е р и а л о в » . Сост.
В. И . Сериков, А. С. Пономарев. – Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2014. – 12 с.
В лабораторной работе изучаются основы метода амплитудного
сканирования
и
применение
ультразвуковой
аппаратуры.
Методические указания предназначены для студентов 3, 4-го курсов
специальности 200402 «Инженерное дело в медико-биологической
практике»
и направления 201000 «Биотехнические системы и
технологии» очной формы обучения.
Ил. 5., Библиогр.: 4 назв.
© ФГБОУ ВПО «Липецкий
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
государственный технический
университет», 2014.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДА АМПЛИТУДНОГО СКАНИРОВАНИЯ
Цель работы: изучить на практике эхоимпульсный метод амплитудного
сканирования
(метод
А-сканирования)
с
помощью
ультразвукового
дефектоскопа УД2-12 .
Приборы и оборудование: дефектоскоп УД2-12 с цифровым индикатором
измеряемых величин и набором пьезоэлектрических преобразователей,
«фантом» в виде прозрачного блока из полиамидного пластика с различными
неоднородностями в объёме, кварцевая призма.
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Метод амплитудного сканирования, получивший распространение в
медицине и биологии — это поиск неоднородностей в тканях ультразвуковым
методом, то есть путем излучения и принятия ультразвуковых колебаний, и
дальнейшего анализа их амплитуды, времени прихода, формы и пр. с помощью
специального оборудования — ультразвукового сканера (в данной работе
дефектоскопа УД2-12).
Принцип метода амплитудного сканирования основан на том, что
звуковые волны свободно распространяются в однородном материале. Наличие
в однородном материале различных неоднородностей (областей с различными
плотностями и модулями упругости) приводит к отражению звуковых волн от
границ этих областей. Чем больше различаются акустические сопротивления,
тем большая часть звуковых волн отразится и вернётся к приёмнику при
прохождении
фронта
волны
через
границу
раздела.
Использование
высокочастотных акустических волн – ультразвука – связано с тем, что такие
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
волны имеют малые длины волн и позволяют формировать узкие пучки,
позволяющие обнаруживать даже небольшие области неоднородности в среде.
Отражение узких пучков позволяет довольно точно определить размеры
неоднородной области и расстояние до неё. Величину наименьшего размера
поддающегося определению с помощью данного прибора (или метода)
называют разрешением.
2
4
3
2
1
1
б
а
Рис. 1. Пьезоэлектрический преобразователь: а – преобразователь с
согласующим слоем, б – преобразователь с тыльной нагрузкой; 1 –
пьезоэлемент, 2 – посеребренные поверхности (электроды), 3 – согласующий
слой, 4 – тыльная нагрузка
Разрешение ограничивается тем фактом, что при размере препятствия
меньше четверти длины волны, волна от него практически не отражается.
Излучение ультразвука производится с помощью пьезоэлектрического
резонатора.
Пьезоэлектрический
электрические
колебания
в
резонатор
(см.
акустические
с
рис.
1) преобразует
помощью
обратного
пьезоэлектрического эффекта и вводит их в исследуемый материал.
Отраженные сигналы, попавшие на пьезоэлемент, с помощью прямого
пьезоэлектрического эффекта преобразуются в электрические, которые и
регистрируются измерительными цепями.
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для того, чтобы эффективно передавать колебания в исследуемую среду, в
пьезоэлектрических преобразователях часто используется согласующий слой
или тыльная нагрузка для поглощения обратной волны.
Наиболее распространенным из существующих методов проведения
исследования является эхоимпульсный метод (эхометод): генератор создает
электрические колебания и подаёт их на резонатор, отражённые от дефектов
сигналы принимаются резонатором и передаются на приемник.
1
2
Д
Е
Д
Е
Е
Рис. 2. Принципиальная схема эхоимпульсного метода
На
рис.
2
показаны
ультразвуковые
пучки,
создаваемые
в
плоскопараллельном слое. Буквой Е отображается расстояние, отвечающее
толщине слоя, и расстояние между зондирующим и отражённым импульсами
на экране осциллографа. При наличии дефекта на расстоянии Д на экране
осциллографа появляется дополнительный отражённый импульс. Большой
коэффициент отражения на границе дефекта и меньшее расстояние приводят к
тому, что величина амплитуды отражённого импульса больше, чем амплитуда
импульса, отражённого от нижней границы слоя.
Преимущество ультразвукового исследования в том, что оно не разрушает
и не повреждает исследуемый образец. Кроме того, метод исследования даёт
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
высокую скорость и достоверность исследования при низкой стоимости и
опасности для человека (по сравнению с радио дефектоскопией).
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ
Формируемый прибором (рис. 3) зондирующий электрический импульс
посредством пьезоэлектрического преобразователя возбуждает в исследуемом
изделии ультразвуковую волну, фронт которой, отражаясь от области дефекта в
материале, возвращается к приемному пьезоэлектрическому преобразователю,
где преобразуется опять в электрический сигнал. Принятый сигнал усиливается
и преобразуется к виду, удобному для регистрации и наблюдению. Зная
скорость распространения УЗ-волны в исследуемом материале и время ее
6
Рис. 3. Принципиальная схема ультразвукового импульсного дефектоскопа
прохождения от возбуждающего пьезоэлектрического преобразователя до
приемного пьезоэлектрического преобразователя, можно легко вычислить
расстояние до дефекта, его координаты и размер. Расстояние до дефекта,
связанное со временем прихода отражённого импульса определяется по
формуле L = U3ti/2, где ti – промежуток времени между зондирующим
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
импульсом и импульсом, отражённым от дефекта; U3 – скорость звука в среде,
L – расстояние до дефекта.
На
рисунке
3
приведена
принципиальная
схема
импульсного
ультразвукового дефектоскопа. Генератор радиоимпульсов 4 возбуждает
пьезопластину передающей искательной головки 1. Ультразвуковые колебания
распространяются
в
контролируемой
детали,
отражаются
от
ее
противоположной стенки ("донный сигнал") и попадают на пьезопластину
приемной искательной головки 2. Отраженные ультразвуковые колебания
возбуждают колебания пьезопластины приемной искательной головки 2. При
этом на гранях пьезопластины возникает переменное напряжение, которое
детектируется и усиливается в усилителе 3, а затем поступает на вертикальные
отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) 5 осциллографа.
Одновременно генератор горизонтальной развертки 6 подает пилообразное
напряжение на горизонтальные отклоняющие пластины ЭЛТ 5. УЗ-колебания
формируются генератором 4 в виде коротких импульсов, между которыми
получаются продолжительные паузы. Это позволяет четко различать на экране
ЭЛТ 5 сигнал начального (зондирующего) импульса I, сигнал от дефекта II и
донный сигнал III. При отсутствии дефекта в контролируемом участке детали
на экране осциллографа импульс II будет отсутствовать.
Перемещая
передающую
и
приемную
искательные
головки
по
поверхности контролируемой детали, обнаруживают дефекты и определяют их
местоположение. В некоторых конструкциях ультразвуковых дефектоскопов
имеется только одна совмещенная искательная головка, которая используется
как для передачи, так и для приема ультразвуковых колебаний. Места
прилегания искательных головок к контролируемой детали смазывается
тонким слоем трансформаторного масла или вазелина для обеспечения
непрерывного акустического контакта искательных головок с поверхностью
контролируемого изделия. На передней панели (рис. 4) находятся основные
органы
управления,
необходимые
при
9
исследовании
распространения
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ультразвукового импульса в исследуемом образце: экран осциллографа 1, верньер
управления гасящим импульсом, позволяющий вручную измерить время
запаздывания с помощью цифрового указателя 4, аттеньюатор 3, разъёмы входа и
выхода 5.
Кнопки включения дефектоскопа указаны непосредственно на передней
панели, причём после включения вилки прибора в сеть, сначала обязательно
нажатием кнопки включается «Накал» и только после того, как загорится сигнал,
нажать кнопку «Работа».
2
1
3
5
4
Рис.4. Вид передней панели дефектоскопа УД2-12
Для настройки прибора используются органы управления, находящиеся на
верхней панени прибора (под крышкой) (рис. 5). На схеме верньеры 1, 2, 3
предназначены для настройки цифрового индикатора в режимах определения
координат и глубины залегания дефекта, ручки 5, 6, 7, 8, 9 для настройки сигнала
осциллографа, кнопки 21-25 для задания частоты зондирующего импульса,
соответсвующая группа кнопок 38 для настройки частоты принимаемого сигнала.
Остальные верньеры и кнопки используются только по указанию преподавателя.
Основные требования по безопасности медицинской техники в России
определяются стандартом ГОСТ Р50267.0-92 «Изделия медицинские
электрические. Общие требования безопасности». Общие требования
безопасности и условия их проверки обязательны для УЗ диагностических
приборов. Особенно важным являются требования по защите от поражения
электрическим
током.
Гораздо
сложнее
10
определить
требования
к
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
акустическому излучению ультразвука.
Однако выпущен и действует
международный стандарт МЭК 1157 «Требования к представлению
акустических выходных характеристик медицинских диагностических
ультразвуковых приборов». Этот стандарт регламентирует ряд требований,
которые производитель УЗ диагностических приборов обязан предоставлять
заказчику.
Рис.5. Схема верхней панели дефектоскопа
ХОД РАБОТЫ:
1. Изучить устройство и назначение основных систем дефектоскопа УД2-12.
2. Теоретически ознакомиться с принципом работы дефектоскопа.
3. Произвести включение прибора нажатием кнопок «Накал» и «Работа».
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Установить
по заданию преподавателя необходимый режим работы
дефектоскопа.
5. Поверхности исследуемого образца (фантома или кварцевой призмы)
отполировать и смазать маслом.
6.
Произвести
измерение
величины
графического
изображения
эхоимпульсов на экране, временного интервала между импульсами. Форма
отчётности согласуется с преподавателем.
Контрольные вопросы
1. Какие диапазоны частот относятся к звуковому и ультразвуковому
диапазону?
2. Запишите уравнение упругой волны и дайте определение фазы, частоты,
периода, длины волны.
3. Что такое фазовая скорость упругой волны?
4. Дайте определение колебательной скорости частиц среды в упругой
волне.
5. Какие величины связывает между собой дисперсионное соотношение?
6. Какова связь между колебательной скоростью и напряжением в упругой
волне?
7. Дайте определение импеданса упругой среды.
8. Что представляет собой эхоимпульсный метод А-сканирования?
9. Какова блок-схема дефектоскопа?
10. Какие приборы и органы управления расположены на передней панели
дефектоскопа?
11. Каковы правила техники безопасности при работе с ультразвуковыми
приборами?
12. Каков порядок включения дефектоскопа в работу?
13. Какие органы настройки расположены на верхней панели дефектоскопа?
14. Как определить скорость звука в среде с помощью дефектоскопа?
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
15. Как определить расстояние до препятствия в заданном материале с
помощью дефектоскопа?
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Акопян, Б. В. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими
объектами [Текст]: учеб. пособ. / Б. В. Акопян, Ю. А. Ершов; под ред. С. И.
Щукина. – М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. – 224 с.
2. Осипов, Л. В. Ультразвуковые диагностические приборы: Практическое
руководство для пользователей [Текст]/Л. В. Осипов. – М.: Видар, 1999. – 256 с.
3. Кайно, Г. Акустические волны: Устройства, визуализация и аналоговая
обработка сигналов [Текст] / Г. Кайно. Пер. с анг. – М.: Мир, 1990. – 656 с.
4. Савельев, И.В. Курс общей физики. Т. 2 [Текст]: учебное пособие / И.В.
Савельев. — 2-е изд., перераб.— М.: Наука. Главная редакция физикоматематической литературы, 1982. — 496 с.
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДА АМПЛИТУДНОГО СКАНИРОВАНИЯ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторной работе №4 по дисциплине «Ак у с т и ч е с к о е
з о нд ир о вание б ио матер иало в»
Составители: Сериков Виктор Ильич, Пономарев Андрей Сергеевич.
Редактор Е. А. Федюшина
Подписано в печать
. Формат 60x80 1/16. Бумага офсетная.
Ризография. Печ. л. 0,8. Тираж 100 экз. Заказ №
Издательство Липецкого государственного технического университета.
Полиграфическое подразделение издательства ЛГТУ
398600, Липецк, ул. Московская, 30.
14
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
18
Размер файла
571 Кб
Теги
метод, амплитудного, изучения, 3263, сканирование
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа