[发明专利]测量球形聚焦集声器声场的光纤Fabry-Perot水听器径向耦合系统

说明书

本发明公开了一种测量球形聚焦集声器声场的光纤Fabry‑Perot水听器径向耦合系统，包括光纤Fabry‑Perot超声水听器、水听器夹具、弓形支架、和柔性夹具、上位机、三维移动平台和平台驱动控制器，光纤Fabry‑Perot超声水听器的一端部被夹持在水听器夹具上、另一端部被夹持在柔性夹具上，光纤Fabry‑Perot超声水听器的石英毛细管位于水听器夹具与柔性夹具之间，水听器夹具、柔性夹具分别安装在弓形支架的两端，弓形支架安装在三维移动平台上。上位机根据反馈的i个电压变化量ΔV_i确定球形聚焦集声器的声场分布，进而确定其焦域位置，在石英毛细管移动到焦域位置时，将反馈的计算值ΔV带入相关公式，计算得到其焦域位置的声压P。本发明能实现球形聚焦集声器声场和焦域位置的声压的准确测量。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种测量球形聚焦集声器声场的光纤Fabry-Perot水听器径向耦合系统。

背景技术

随着对超声热疗、超声成像、超声溶栓等技术的不断深入研究和交叉学科的迅猛发展，高强度聚焦超声(High intensity focused ultrasound，HIFU)技术得到了进一步发展，为后面HIFU治疗技术推广使用积累了经验。21世纪之后，HIFU治疗已经受到越来越多的人的青睐，HIFU技术已成为声学领域的热点问题和全球科技的重要前沿问题。HIFU技术经过半个多世纪的发展和进步，HIFU治疗技术所展示出的有效性、安全性为靶向适形无创消融治疗肿瘤带来了希望。HIFU治疗技术和HIFU声场检测共同推动了HIFU技术在医学科学领域的研究与应用。为了达到更加优良的聚焦效果，实现更加精细的HIFU治疗，要求焦域尺寸进一步压缩、焦点声压进一步提高。目前，常规的行波聚焦方式对HIFU声场的聚焦能力的提升已经越来越难，球形聚焦集声器也就应运而生了。球形聚焦集声器能够产生球形HIFU声场，能够实现亚波长量级的精细聚焦，球形聚焦集声器内部的压电材料既能产生超声波，又可以反射超声波，实现超声波的多次叠加；如果传播方向相反的超声波在焦域处同相叠加，将极大的增加焦域的声压，并进一步压缩焦域，甚至形成驻波环，把HIFU声压推到了一个更高的水平。因此，球形聚焦集声器声场焦域尺寸更小、声压更高、温度变化更剧烈，机械效应、空化效应影响更大，导致了球形聚焦集声器声场的检测难度增加。

CN103234619A公开了一种光纤法布里-珀罗超声水听器及系统，其中描述了光纤法布里-珀罗超声水听系统以及用于夹持该水听器的夹具，水听系统能够承受HIFU声场的高温，并且具有高空间分辨率、高灵敏度和同时温度测量的特性，夹具采用的是可拆卸的柔性夹持，不会损坏光纤水听器。但是其仍然存在如下问题：(1)采用传统的解调方法解调，不能实现球形聚焦集声器声场的焦域位置的声压的准确测量；(2)为了保证足够高的测量空间分辨率，光纤Fabry-Perot超声水听器的带涂层部分和纤芯部分需要直接悬伸出夹具，光纤Fabry-Perot超声水听器的纤芯部分受到HIFU场的机械效应、空化效应作用，很容易晃动，导致HIFU场测量结果不准确，减小悬伸出夹具的长度能在一定程度上减少晃动，但同时又会导致夹具严重干扰声场，甚至使得球形聚焦集声器声场提前空化；(3)针对高声压的球形聚焦集声器声场测量时，悬伸出夹具的光纤Fabry-Perot超声水听器的带涂层部分和纤芯部分会出现比较厉害的晃动，甚至出现震断现象，导致高声压的球形聚焦集声器声场测量结果出现错误；(4)柔性夹持部位(即柔性梁和夹头)的结构加工比较困难，加工成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量球形聚焦集声器声场的光纤Fabry-Perot水听器径向耦合系统，以实现球形聚焦集声器声场和焦域位置的声压的准确测量。