光聲多普勒效應(yīng)的角度相關(guān)性實驗研究.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)檢測的獨特優(yōu)勢，基于光聲效應(yīng)的測量技術(shù)有了長足發(fā)展。其中，光聲多普勒技術(shù)在微流體速度測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)胞在激光輻射時均可以產(chǎn)生熱彈性膨脹進而產(chǎn)生超聲波，實驗中采用了尺寸相當(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、運動時，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。實驗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域信號，再通過傅里葉變換得到頻域信息。最后通過對信號的綜合分析，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應(yīng)關(guān)系，對后者的研究目前還未見報道。設(shè)定參考頻率等于調(diào)制頻率時，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角的余弦值成正比。本文還提出了一種基于頻域信號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頻率差，通過分析在頻域上此頻率差兩側(cè)的多普勒信號分布，可以直觀地得到朝向或背離換能器的流動速度方向信息。
　　利用光聲多普勒效應(yīng)來測量微循環(huán)中血流矢量信息，對于毛細(xì)血管的活體探測以及微循環(huán)系統(tǒng)的3D重構(gòu)具有潛在的研究價值和前瞻性的指導(dǎo)意義。而這種基于