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人们知道压力会影响电解质的导电性已经有一个世纪了。第一个研究超声波压力变化对电解质电导率影响的人是Fox在1946。近年来,Jossinet和Cathignol引起了对这一现象的兴趣。张和王进行的一项研究将超声起电效应应用于生物医学成像。振幅为δP的压力波引起的电导率σ的变化可以写成:

式中K1为相互作用常数,其值在0.9%氯化钠溶液中约为0.01-0.1% MPa-111.7。根据公式(1),置于振幅为I0的均匀电流场中的两个电极之间测得的电压V(t)为:

其中S(x,y,z)为电极的灵敏度分布,P(t)为时变压力场,dv为微分体积元。电极对的灵敏度分布可以从导联场理论中找到,该理论最初是为ECG开发的。一对电极的引导场(灵敏度分布)具有与通过该对电极的电流产生的电流场完全相同的形状。从等式(2)可以看出,电压信号为:

在图2所示的实验装置中,一个540 kHz的换能器以如下形式放置,其聚焦带位于一对锡电极之间。它的直径是10厘米,f/数是1。它由Panametrics 5077PR矩形波脉冲/接收器通过匹配网络驱动。焦点的聚焦光束宽度和深度分别约为3毫米和20毫米。在平坦的空气/水界面上反射的脉冲回波如图3所示。

锡电极是印刷电路板上的一个锡条(3毫米×33毫米)。它们的长轴平行于束轴。低频电流通过用户定制的电压电流转换器(VCC)注入。波形由连接到VCC的HP33120A任意波形发生器产生。

电压信号由一对暴露在顶部的绝缘不锈钢电极测量。这两个电极放置在由电流注入电极形成的平面中,使得它们的交线垂直于超声轴。图4显示了实验装置的几何形状。

电压信号被馈入带有模拟高通滤波器的定制差分放大器,该放大器将超声调制信号与大量低频信号分离。差分放大器的增益为20dB,带宽为100 ~ 1000 kHz。信号在EN1400AP放大器中进一步放大。EN1400AP的增益为37dB,带宽为0.15 ~ 300 MHz。用1td1002的数字示波器对信号进行采样和数字化(8位),并发送到计算机进行进一步处理。