光聲多普勒效應(yīng)的角度相關(guān)性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、自1880年光聲效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)以來，由于其光學(xué)激發(fā)、聲學(xué)檢測(cè)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，基于光聲效應(yīng)的測(cè)量技術(shù)有了長(zhǎng)足發(fā)展。其中，光聲多普勒技術(shù)在微流體速度測(cè)量方面顯示了重要應(yīng)用前景，是本文研究的主要內(nèi)容。由于聚苯乙烯光吸收性顆粒與血紅細(xì)胞在激光輻射時(shí)均可以產(chǎn)生熱彈性膨脹進(jìn)而產(chǎn)生超聲波，實(shí)驗(yàn)中采用了尺寸相當(dāng)?shù)奈⒚浊蛐尉郾揭蚁╊w粒在微軟管中流動(dòng)來模擬血紅細(xì)胞在血管中的狀態(tài)。靜止的顆粒作為光吸收體和超聲波發(fā)射源，發(fā)出的超聲波頻率等于激光的調(diào)制頻率。當(dāng)顆粒隨流體

2、運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)多普勒效應(yīng)，顆粒發(fā)出的聲波將產(chǎn)生多普勒頻移，并且由于速率分布將在頻移附近有頻譜展寬。實(shí)驗(yàn)中利用聚焦型水浸式超聲換能器收集微弱的超聲波，經(jīng)前置放大后利用鎖相放大器獲取時(shí)域信號(hào)，再通過傅里葉變換得到頻域信息。最后通過對(duì)信號(hào)的綜合分析，獲取流體的速度信息。
　　多普勒頻移取決于流體的速度矢量，因此本文分別研究了頻移與流體速度大小和方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)后者的研究目前還未見報(bào)道。設(shè)定參考頻率等于調(diào)制頻率時(shí)，固定多普勒角度不變，得出

3、多普勒頻移與流體平均速度大小成正比;固定流體平均速度大小不變，得出多普勒頻移與探測(cè)角的余弦值成正比。本文還提出了一種基于頻域信號(hào)判斷流速方向的方法:在參考頻率與調(diào)制頻率之間人為引入一個(gè)頻率差，通過分析在頻域上此頻率差兩側(cè)的多普勒信號(hào)分布，可以直觀地得到朝向或背離換能器的流動(dòng)速度方向信息。
　　利用光聲多普勒效應(yīng)來測(cè)量微循環(huán)中血流矢量信息，對(duì)于毛細(xì)血管的活體探測(cè)以及微循環(huán)系統(tǒng)的3D重構(gòu)具有潛在的研究?jī)r(jià)值和前瞻性的指導(dǎo)意義。而這種基于