有限振幅集束音波の液体・固体層における透過・反射音場の解析

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02650289
• Research Institution: Tokai University
• Principal Investigator: 斎藤 繁実 東海大学, 海洋学部, 教授 (50091690)
• Keywords: 集束音源 / 非線形音響 / 非線形パラメ-タ / 超音波顕微鏡

Research Abstract

球面状の集束音源によって単一周波数の正弦波音波を発生させると,音波が焦点に向かって伝搬するにしたがい、主に媒質の弾性的非線形特性を反映してその音圧波形が歪み、高調波を発生する。まず,音源の振幅が径方向にガウス分布をしている場合,高調波成分もまたガウス分布になると近似すると支配方程式であるKZK方程式の解法が大幅に簡易化され,その結果が実験結果をよく説明することを明らかにした。またガウスビ-ムの物理的特性や数学的特性が単純であるので、ガウス音源が計測等への応用に適していることを示した。次にこの集束音場に液体層を挿入すると、β/PC^3の値が大きい液体試料では小さな音源レベルでも大きな高次高調波が現れること,大きな音源レベルで高調波振幅は水だけの場合と大差ないことなど,計測への応用の上で有益な事実,留意すべき点を明きらかにした。比較的小さな振幅において,試料無挿入時と挿入時の音源の駆動電圧,試料後方となる位置での音圧の基本波成分,第2高調波成分を測定し,これらを所定の方法で演算した変数Rsが液体試料の吸収係数に殆ど無関係で,かつ試料の非線形パラメ-タに応じて変化することを明らかにした。この量Rsを利用して実験的に求めた吸収の大きい試料(グリセリン等)の非線形パラメ-タは,文献値と良く一致し,集束音波を用いて液体試料(生体軟組織を含む)の非線形パラメ-タを測定できること,より集束度の強い音源を用いればかなり小さな試料の測定も可能であることを明らかにした。一方,集束音場に固体の薄板を挿入すると,ラム波を励振する条件を満たす斜入射成分が固体板を透過し,反射波のビ-ム形状が入射波の形状と異なるようになる。反射前後で発生する非線形高調波がこれに畳量される。一例として,ガウス音源の場合の第2高調波成分を遂次近似法によって解析し,2倍周波数音波の線形伝搬ビ-ムと性質が異なることがわかった。

Research Products

• [Publications] Shigemi Saito: "Harmonic components of finiteーamplitude sound in a focused Gaussian beam." Journal of Acoustical Society of Japan(E). 11. 225-233 (1990)
• [Publications] 斎藤 繁実: "液体層を透過する有限振幅集束音波の高調波成分" 電子情報通信学会技術報告. US90ー15. (1990)
• [Publications] Shigemi Saito: "Finite amplitude focused soundーfield with insertion of a liquid or solid sample layer." Frontiers of Nonlinear Acoustics,Proceedings of 12th International Symposium on Nonlinear Acoustics. 289-294 (1990)
• [Publications] Shigemi Saito: "Harmonic components of finiteーamplitude sound in a focused Gaussian beam transmitting through a liquid layer." Journal of Acoustical Society of Japan(E).