磁声成像技术（下册）——电磁检测式磁声成像 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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出版社： 科学出版社有限责任公司

ISBN：9787030476562

版次：31

商品编码：11900884

内容简介

磁声探测与成像技术是近些年研究的热门课题，涉及电场、磁场和声场的耦合。作为一种多场探测技术，兼具电磁场和声场的优势，在石油矿产资源、环境、海洋、国防、考古、无损探伤、临床医学、食品安全检测等领域具有广泛的应用空间。
《磁声成像技术（下册）——电磁检测式磁声成像》（下册）针对目前磁声成像中重要分支——电磁检测式磁声成像，重点介绍中国科学院电工研究所工程电磁场及应用研究部的相关研究工作。共分为四篇内容，分别为电磁检测式磁声成像概论、电压检测式磁声成像研究、磁探测式磁声成像研究以及磁声成像技术的再认识。

前言/序言

磁声成像技术（下册）——电磁检测式磁声成像 领域前沿的深度探索与实践指南 本书聚焦于磁声成像（Magnetoacoustic Tomography, MAT）领域中，专注于采用“电磁检测式”方法构建的成像系统。 本书旨在为高年级本科生、研究生以及从事磁学、声学、生物医学工程及相关交叉学科研究的工程师和科研人员，提供一套全面、深入且具有实践指导意义的专业参考资料。 磁声成像技术作为一种新兴的无创性、高分辨率的混合成像模态，正日益成为生物医学、材料科学及无损检测等领域的研究热点。它结合了电磁场对组织或材料内部电导率、磁化率分布的敏感性，以及声波在介质中传播和散射的特性。本书的“下册”部分，将理论基础搭建在对基础物理和成像原理的充分理解之上，直接深入到实现电磁检测式磁声成像系统的关键技术环节。 --- 第一部分：电磁驱动与声学耦合的理论基石 本部分详细阐述了电磁检测式磁声成像系统的物理基础，重点在于如何通过精确控制的电磁场实现对目标内部的激励，并有效地接收由激励产生的声学信号。 第一章：电磁场驱动机制的精细化建模 本章深入探讨了用于激励目标内部产生声场的电磁机制。不同于传统的纯射频（RF）激励或静态磁场扰动，电磁检测式成像通常依赖于时变或梯度磁场在导体（如生物组织）内部激发的感应电流（涡流）。 涡流产生与声耦合： 详细分析了变化的磁场梯度如何根据麦克斯韦方程组在具有特定电导率分布的介质中诱导产生瞬时电流密度 $mathbf{J}(mathbf{r}, t)$。重点讨论了“洛伦兹力” $(mathbf{F}_L = mathbf{J} imes mathbf{B})$ 作为声源的形成过程。 声场初值条件的确定： 建立了基于瞬时洛伦兹力密度与介质密度、声速之间的耦合方程，推导了在电磁激励下产生的初始压力梯度 $frac{partial p}{partial t} |_{t=0}$ 的解析表达式，这是后续声波传播计算的起点。 高频/低频激励策略的对比： 比较了利用射频磁场（可能涉及磁致伸缩效应）与低频脉冲磁场（主要依靠涡流）在产生有效声信号方面的优劣，并探讨了如何在不同尺度（微米级到厘米级）上优化激励频率。 第二章：电磁检测原理与磁场干扰抑制 在驱动机制被明确后，本章转向信号的采集端——即如何利用电磁原理来“测量”由目标内部声学振动所导致的场变化。 磁声耦合的逆过程分析： 当声波在介质中传播时，它会导致介质的密度、声速、甚至局部磁化率的微小变化。本章探讨了如何将这些声学扰动量转化为可测量的电磁信号。 感应电动势（EMF）的精确计算： 重点分析了法拉第电磁感应定律 $mathcal{E} = -frac{dPhi_B}{dt}$ 在本系统中的应用。当声波引起导电介质的微小位移或形变时，其边界条件的变化如何影响外部接收线圈或探针中的磁通量变化率 $frac{dPhi_B}{dt}$。 传感器选型与噪声管理： 详细介绍了适用于检测微弱磁场变化的传感器技术，包括SQUID（超导量子干涉器件）、高灵敏度磁力计（如原子磁力计）以及高Q值接收线圈阵列。重点分析了环境电磁噪声（如50/60 Hz电源噪声、射频干扰）的特性及其在接收信号中的耦合机制，并提出了主动屏蔽和数字滤波技术。 --- 第二部分：成像系统的硬件构建与信号处理 本部分将理论转化为可操作的工程实践，涵盖了从硬件设计到信号重建算法的各个层面，强调电磁检测式系统的特有挑战与解决方案。 第三章：高精度电磁激励源的设计与控制 电磁检测式成像对激励场的空间均匀性和时间精确性要求极高。 线圈阵列设计： 探讨了用于产生特定磁场梯度（如亥姆霍兹线圈、麦克斯韦线圈或更复杂的梯度线圈组）的设计准则。内容包括线圈几何参数对磁场均匀性的影响、线圈的散热设计以及高电流驱动电路的安全冗余设计。 脉冲激励的时序控制： 论述了如何使用高精度任意波形发生器（AWG）和功率放大器来精确控制激励磁场的上升时间、维持时间和下降时间，确保涡流产生的声波在时间上具有极高的可重复性。 系统集成与磁屏蔽： 讨论了如何将高功率的激励系统与高灵敏度的检测系统在空间上进行有效隔离，以避免激励磁场直接饱和或干扰接收传感器。 第四章：电磁检测信号的采集与预处理 本章关注从传感器输出到数字域处理的流程，这是区分磁声成像与其他声学成像的关键步骤。 多通道同步采集系统： 介绍了用于采集多位置、多方向的磁场变化信号的低噪声、高动态范围的A/D转换系统。强调了采集系统与电磁激励脉冲之间的严格同步要求（皮秒级同步）。 信号解耦与伪影抑制： 在电磁检测中，信号往往是驱动磁场、背景磁场以及目标声学信号的叠加。本章提出了解耦技术，例如利用已知背景场模型进行减除，或采用差分检测技术来提取微弱的声致磁场变化。 频域分析与特征提取： 探讨了如何利用快速傅里叶变换（FFT）将时域信号转换到频域，以便于分析声波传播的特征频率成分，并分离出由电导率分布差异引起的特定频率响应。 --- 第三部分：图像重建与应用挑战 本部分将重点放在如何利用采集到的、受电磁特性深刻影响的信号，准确地重建出目标内部的物理参数分布。 第五章：电磁驱动下声场逆问题的求解 重建算法必须同时考虑电磁激励的不均匀性和声波传播的非线性。 线性近似重建（Born/Rytov近似）： 在小扰动假设下，推导了电磁检测式磁声成像的线性重建方程。重点分析了如何将初始洛伦兹力密度分布（与电导率相关）和接收到的磁感应信号关联起来。 全波反演（Full Waveform Inversion, FWI）的挑战： 针对高分辨率成像需求，本章介绍了将FWI应用于电磁声耦合系统的复杂性。这涉及到对电磁场和声场进行耦合迭代求解，以最小化计算模型与实际测量磁场信号之间的误差函数。 基于机器学习的快速重建： 探讨了利用深度学习网络（如U-Net或GANs）来加速重建过程，尤其是在处理由电磁耦合带来的复杂非线性关系时，通过先验数据训练网络来预测电导率分布。 第六章：电磁检测式磁声成像的系统限制与未来方向 本章对当前技术进行了批判性评估，并指出了未来研究的关键瓶颈。 空间分辨率的理论极限： 分析了电磁驱动与磁检测的空间约束。激励源和接收器的尺寸与间距如何决定了可分辨的最小特征尺寸（受限于涡流的穿透深度和接收器的远场/近场特性）。 电导率与磁化率的交叉耦合问题： 阐述了在采集到的磁信号中，电导率分布和目标组织或材料的磁化率分布之间的信号难以完全分离的问题，并提出了多物理场联合约束的解决方案。 生物医学应用的特有挑战： 讨论了在活体成像中，组织温升的控制、人体自身的背景磁场影响，以及如何设计出满足生物相容性的高灵敏度电磁传感器阵列。 --- 本书特点： 本书不仅提供了坚实的理论框架，更通过详细的工程案例分析，展示了如何克服电磁检测式磁声成像系统中特有的噪声、耦合和重建难度。内容结构严谨，逻辑清晰，是该细分领域研究人员不可或缺的工具书。通过对前沿传感技术和先进反演算法的深入剖析，读者将能够掌握设计、实现和优化新一代电磁驱动、电磁检测磁声成像系统的核心能力。

评分☆☆☆☆☆

我是一名研究生，正在进行关于新型传感技术的研究。在文献调研过程中，《磁声成像技术（下册）——电磁检测式磁声成像》这本书引起了我的注意。这本书的覆盖面相当广，从基础的物理原理到先进的信号处理技术，再到实际的应用前景，都有着深入的探讨。我对于书中关于电磁激发产生的磁场如何与材料相互作用，进而产生声波的讨论尤为感兴趣。这涉及到复杂的电磁学和声学耦合问题，书中给出的详细推导和解释，为我理解这一过程提供了清晰的思路。另外，书中关于如何通过优化电磁激励信号和接收传感器来提高成像分辨率和信噪比的讨论，也为我的实验设计提供了宝贵的参考。我尤其欣赏作者在介绍每一种技术或方法时，都辅以大量的图表和公式，这使得抽象的概念变得更加具象化，易于理解。这本书的结构安排也非常合理，从基本概念到高级应用，循序渐进，非常适合初学者和有一定基础的研究者深入学习。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是磁声成像领域的百科全书！我一直对非接触式无损检测技术很感兴趣，尤其是在材料科学和工程领域。当我看到这本书的题目时，我立刻被吸引了。《磁声成像技术（下册）——电磁检测式磁声成像》这本书，虽然我还没有完全读完，但仅仅是初步的翻阅，就让我对这个领域有了全新的认识。它详细地阐述了电磁驱动的磁声成像原理，从基础的电磁场理论到复杂的声波传播机制，再到信号的采集和处理，都进行了深入浅出的讲解。书中的公式推导严谨，图示清晰，非常有助于理解抽象的物理概念。我尤其欣赏作者在讨论实际应用方面所做的努力，比如在金属构件缺陷检测、复合材料内部损伤评估等方面的应用案例，这些案例让我看到了磁声成像技术在工业界巨大的潜力。这本书不仅仅是理论的堆砌，更重要的是它提供了一个完整的技术框架，让读者能够从理论到实践，一步步掌握这项先进的技术。我期待着在后续的阅读中，能够更深入地学习到更多具体的实验方法和数据分析技巧，这对于我今后的科研工作将是巨大的帮助。

评分☆☆☆☆☆

这本书带给我一种豁然开朗的感觉！我对材料的内部结构探测一直很着迷，尤其是那些无法通过常规手段直接观测到的细微变化。读了《磁声成像技术（下册）——电磁检测式磁声成像》之后，我才真正理解了电磁感应如何巧妙地转化为声波信号，并最终构建出材料的内部图像。《磁声成像技术（下册）——电磁检测式磁声成像》这本书的语言非常生动，即使是复杂的物理现象，也能被作者描述得清晰易懂。书中关于不同激励方式对成像效果的影响，以及如何根据材料的特性选择最优的成像参数，这些内容对于我理解磁声成像的精髓至关重要。我还特别关注了书中关于成像失真校正和图像融合的技术，这对于提高成像结果的准确性和可靠性有着不可估量的价值。总的来说，这本书为我打开了一扇新的大门，让我看到了非接触式无损检测技术的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在航空航天领域工作的工程师，我一直致力于寻找更高效、更可靠的材料无损检测方法。传统的超声波检测虽然成熟，但在某些特定场景下存在局限性。当我偶然看到《磁声成像技术（下册）——电磁检测式磁声成像》这本书时，我感到眼前一亮。这本书深入探讨了电磁感应驱动的磁声成像技术，这是一种非常有前景的非接触式检测手段。书中对电磁换能器的工作原理、磁声耦合机理以及声波在材料中的传播特性进行了详尽的分析。我特别喜欢书中关于信号处理的部分，作者列举了多种降噪和图像增强算法，这对于从复杂的磁声信号中提取有用的信息至关重要。此外，书中关于不同类型材料（如铝合金、碳纤维复合材料）的磁声成像特性对比，以及在实际工程应用中的一些挑战和解决方案，都让我受益匪浅。这本书的优点在于其理论的深度和实践的广度相结合，既有严谨的理论基础，又有贴近实际应用的案例分析，这对于我这样的工程师来说，是学习和掌握这项新技术最理想的途径。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容确实让我对磁声成像技术有了更全面、更深入的理解。我在阅读过程中，多次被作者严谨的学术态度和清晰的逻辑思维所折服。《磁声成像技术（下册）——电磁检测式磁声成像》书中对于电磁激励过程中的物理机制，以及由此产生的声波在材料中传播和衰减的详细分析，为我理解磁声信号的形成提供了坚实的理论基础。我印象深刻的是书中对不同声波模式（如朗道波、瑞利波）在材料中传播特性的讨论，以及这些模式如何影响成像结果。此外，书中关于数据采集的同步性和实时性的要求，以及对应的信号处理策略，也让我对这项技术的实现难度和关键技术点有了更清晰的认识。这本书不仅仅是理论知识的传授，更是一种解决问题的思维方式的启迪，让我看到了在实际应用中如何克服各种挑战，实现高质量的磁声成像。