音響放射圧を用いた表面硬さ分布のリアルタイム遠隔計測とその応用

声辐射压实时远程测量表面硬度分布及其应用

• 批准号: 13J09627
• 负责人: 藤原 正浩
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J09627/
• 关键词: 非接触計測; 超音波計測; 弾性計測; 筋収縮計測; 超音波フェーズドアレイ; 音響放射圧; 非線形音響工学; フェーズドアレイ; 触角センシング; 非接触計測; 超音波計測; 弾性計測; 筋収縮計測; 超音波フェーズドアレイ; 音響放射圧; 非線形音響工学; フェーズドアレイ; 触角センシング

前年度までに行なった提案手法の高速化・高精度化を受け、本年度はまず、表面硬さ分布計測の空間分解能を定量化した。表面硬さ分布計測の空間分解能は計測対象の物性によるが、対象を局所的には滑らかな線形弾性体に限れば、ヤング率やポアソン比によらず 1mm 以下の空間分解能が得られることを明らかにした。皮膚上の2点に与えた機械的刺激が別々の刺激であると識別できる最小の距離を二点弁別閾と言うが、この値は指先で3mm程度であると言われている。したがって、本手法により指先程度の分解能で表面硬さ分布を測定できると言える。また複数の変位分布測定法について、変位分布測定時間時間の下限を求めた。一般曲面形状の物体においては、各点において変位前後の高さを測定する方法が最も汎用性が高く、また光学走査などにより変位測定のオーバーヘッドを最小化することで計測時間の短縮を図れることを示した。これらにより、集束超音波の音響放射圧を用いた遠隔表面硬さ分布計測法を確立した。さらに派生手法として従来の静的な硬さのみでなく、本装置を用いて動的な機械周波数応答を含む、広義の硬さを計測する手法を考察した。機械的周波数応答は粘性や慣性の情報を含み、これらから機械的共振点を抽出することも可能になる。このことから、従来は物体表面の硬さ情報のみが取得されていたが、内部の物性情報も取得できる可能性がある。本研究では、音響放射圧を Swept-Sine 波形により広帯域変調して変位応答を測定することによって、機械的振幅周波数応答を取得できることを確認した。

响应于上一年实施的提出方法的速度和精度，今年我们首先量化了表面硬度分布测量的空间分辨率。表面硬度分布测量的空间分辨率取决于测量目标的物理特性，但据显示，如果物体仅限于局部光滑的线性弹性体，则可以获得1 mm或更少的空间分辨率，而与Young的模量或Poisson的比率无关。可以区分的最小距离与给出的机械刺激（作为单独刺激）在皮肤上的两个点称为两点歧视阈值，据说该值在指尖约为3mm。因此，可以说，可以使用该技术的指尖大小分辨率来测量表面硬度分布。此外，对于多个位移分布测量方法，确定位移分布测量时间周期的下限。在具有一般弯曲表面形状的对象中，测量每个点位移之前和之后的高度的方法最通用，并且已经表明，可以通过将光学扫描或类似的位移测量的开销最小化来缩短测量时间。结果，已经建立了使用聚焦超声波的声学辐射压力的远程表面硬度分布测量方法。此外，作为一种衍生技术，我们研究了一种在广泛意义上测量硬度的方法，不仅包括常规的静态硬度，还包括使用此设备的动态机械频率响应。机械频率响应包括有关粘度和惯性的信息，也可以从中提取机械共振点。因此，尽管从传统上讲，仅获得了对象表面上的硬度信息，但也有可能获得内部物理属性信息。在这项研究中，我们证实了可以通过用扫描的巨丝波形调节声学辐射压力来测量位移响应来获得机械振幅响应。