[发明专利]对弹性和耗散非线性以及黏弹性进行局部且非接触式测量的声学装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于局部且非接触式地测量介质中的弹性和耗散非线性与非线性黏弹性的声学方法和装置，其中所述介质承受低频声应力并且由脉冲或者超声波列探测。

本发明涉及在工业材料或者生物材料中，特别是在骨组织中对微损伤(微裂纹)进行检测和量化的技术领域。

本发明还涉及其它复杂介质的特征的技术领域，如凝固或者非凝固粒状介质(岩石、沙、混凝土等)，复杂流体介质(化妆品、农产品加工物)或者二相流体介质(聚合物、石油)。

背景技术

在本技术领域中已知多篇文献描述了声学非线性测量系统。这些公开文献描述了通过使被测试材料承受变化振幅的机械应力而测量声学非线性效应的方法。实际上，在被测试材料上应用变化的机械应力改变了材料的弹性性质，甚至有时会改变耗散性质。

这些方法中的部分方法是测量在样本中由该样本中处于机械应力(流体静压力或者单轴应力)状态的准静态变化引起的声波的传播速度和振幅的变化。其他方法是利用两种声波的相互作用并且通常测量低频波的谐波增长：

-N.Ichida，T.Sato，M.Linzer；Imaging the nonlinear parameter of the medium(对介质的非线性参数进行成像)，Ultrason.Imaging，Vol.5，1983；pp.295-299.

Z.Zhu，M.S.Rooc，W.N.Cobb，K.Joncon；Determination of the acoustic nonlinearity parameter B/A from phase measurements(确定相位测量的声非线性参数B/A)；J.Acoust.Soc.Am.，Vol.74(5)，1983；pp.1518-1521；

-C.Barrière，D.Royer；Diffraction effects in the parametric interaction of acoustic waves(声波参数相互酌中的衍射效应)；application to measurements of the nonlinearity parameter B/A in liquids(对液体中非线性参数B/A进行测量的应用)；IEEE Trans.UFFC.，Vol.48(6)，2001，pp 1706-1715；

-C.M.Sehgal，R.C.Bahn，J.F.Greenleaf；Measurement of the acoustic nonlinearity parameter B/A in human tissues by a thermodynamic method(通过热力学方法测量人体组织中的声非线性参数B/A)；J.Acoust.Am.Soc.，Vol.76(4)，1984；pp.1023-1029；

-V.Zaitsev，V.Nazarov，V.Gusev et B.Castagnede；Novel nonlinear-modulation acoustic technique for crack detection(关于裂痕检测的新颖的非线性调制声学技术)；NDT&E International，39(2006)184-194；

-G.Gremaud，M.Bujard，et W.Benoit；The coupling technique；A two-wave acoustic method for the study of dislocation dynamics(关于位错动力学研究的二波声学方法)；J.Appl.Phys.1987 61(5)，1795-1805.

然而，这种测量系统具有许多缺陷：

使用准静态测试机器(需要使样本和装置接触)的技术不可以应用在流体、凝胶介质和有生命的介质中(生物医学应用in vivo)。

需要超声波转换器与样本接触(例如粘贴)并且因此改变其表面的在干燥介质中的方法，不与某些应用，特别是生物医学应用相兼容。

利用连续发射超声探测波的方法可以产生使测量分析复杂化的驻波。

在低频波和超声波之间共线相互作用的情况下，在由超声波转换器建立的低频场中，可能存在声波阴影区域。

利用低频波和超声波之间共线相互作用的方法(其中超声波应该在样本中形成一个或者多个往返)不可以应用于明显衰减的介质，如骨组织。