惡性腫瘤細(xì)胞的早期檢測對現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展有著重要的影響。光聲檢測技術(shù)憑借著自身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),在惡性腫瘤細(xì)胞的早期檢測中發(fā)揮著重要的作用。由于細(xì)胞光聲檢測技術(shù)自身的特點(diǎn),其產(chǎn)生的聲波信號處于高頻或者特高頻。該類聲波信號存在著嚴(yán)重的傳輸損耗問題。同時(shí),由于細(xì)胞自身體積過小,產(chǎn)生的聲波聲壓極低,其中夾雜著大量的雜波信號。上述因素的存在決定了細(xì)胞光聲檢測中聲波信號采集的困難度。為了推動細(xì)胞光聲檢測技術(shù)的發(fā)展,本文在聲學(xué)超材料結(jié)構(gòu)的技術(shù)上,利用有限元分析法,借助COMSOL軟件,設(shè)計(jì)了類石墨烯結(jié)構(gòu)傳輸帶與聲波三極管模型,并進(jìn)行了仿真模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)證明,類石墨烯結(jié)構(gòu)傳輸帶具有良好的聲波定向傳輸能力和高頻聲波局域聲場增強(qiáng)的能力。聲波三極管模型具有良好的高頻聲波局域聲場二次增強(qiáng)和雜波信號濾除的能力。同時(shí),本課題根據(jù)特高頻聲波信號的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種新型的旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu),用于替代傳統(tǒng)的聲學(xué)超材料,并采用兆赫茲頻率的聲波作為研究對象,借助COMSOL軟件進(jìn)行了仿真模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)證明了本課題設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)對特高頻聲波有著良好的局域聲場增強(qiáng)能力,可以提高實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谔馗哳l聲波頻段中的應(yīng)用。這些研究對提高細(xì)胞光聲檢測的信... 

【文章來源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

聲學(xué)超材料的彈簧結(jié)構(gòu)模型

中北大學(xué)學(xué)位論文第10頁共52頁2.3基于有限元分析法的超材料結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)本課題采用有限元分析法進(jìn)行聲學(xué)超材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作，具體工作采用COMSOLMultiphysics5.3a軟件進(jìn)行。該軟件由COMSOL公司設(shè)計(jì)與發(fā)布，是目前廣泛應(yīng)用的一種多物理場仿真軟件。COMSOLMultiphysics5.3a是利用偏微分方程或者偏微分方程組進(jìn)行物理場的仿真模擬工作。與其它軟件相比，該軟件很好地實(shí)現(xiàn)了多物理場的耦合。目前，該軟件已經(jīng)在聲學(xué)、光學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等多個領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。本課題利用COMSOLMultiphysics5.3a軟件建立了聲學(xué)超材料模型，如圖2.2所示：圖2.2聲學(xué)超材料仿真模型Fig2.2Simulationmodelofacousticmetamaterial本課題設(shè)計(jì)的聲學(xué)超材料模型采用了雙層結(jié)構(gòu)，外層結(jié)構(gòu)的半徑為5m，內(nèi)層結(jié)構(gòu)的半徑為3m。采用雙層結(jié)構(gòu)的原因是基于模型的應(yīng)用環(huán)境。本課題設(shè)計(jì)的模型需要能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)胞光聲檢測過程中的高頻聲波的定向傳輸與局域聲場增強(qiáng)。因此，其規(guī)格尺寸應(yīng)控制在微米級別。如果采用傳統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)，加工難度過大，應(yīng)用成本偏高，會限制其實(shí)際應(yīng)用研究。因此，本課題采用了簡化的雙層“軟-硬”結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)與經(jīng)典的“軟-硬-軟”結(jié)構(gòu)的聲傳播效果相近，可以滿足本課題的研究需求。聲學(xué)超材料模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用鋼材料，材料參數(shù)為密度7.86×103kg/m3，聲速5100m/s；外部結(jié)構(gòu)采用橡膠，材料參數(shù)為密度1300kg/m3，聲速300m/s。完成聲學(xué)超材料模型設(shè)計(jì)后，進(jìn)行模型的周期性排列，可以實(shí)現(xiàn)對聲波傳輸?shù)恼{(diào)控，如圖2.3和2.4所示：

中北大學(xué)學(xué)位論文第11頁共52頁圖2.3聲學(xué)超材料結(jié)構(gòu)模型（類石墨烯結(jié)構(gòu)）Fig2.3Modelofacousticmetamaterial(graphene-likestructure)圖2.4聲學(xué)超材料結(jié)構(gòu)模型（三角周期結(jié)構(gòu)）Fig2.4Modelofacousticmetamaterial(triangularperiodicstructure)圖2.3和圖2.4分別是兩種不同類型的聲學(xué)超材料結(jié)構(gòu)模型。圖中每個單體模型均與圖2.2所示的仿真模型規(guī)格尺寸與材料參數(shù)保持一致。通過將聲學(xué)超材料模型排列為不同結(jié)構(gòu)，可以具有不同的聲波調(diào)控效果。具體效果本文將在第三章與第四章進(jìn)行詳細(xì)介紹。完成模型建立工作后，需要對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分是實(shí)現(xiàn)有限元分析的重要基礎(chǔ)，也是進(jìn)行模型仿真研究的重要一步，如圖2.5所示：圖2.5模型的網(wǎng)格劃分Fig2.5Meshingofthemodel


本文編號：2992069