基于COMSOL的材料杨氏模量的超声测量研究

摘要

生物组织在发生病变时,其组织硬度会发生明显变化。杨氏模量E是表征材料性质的基本物理量,在医学上可用于病情诊疗,所以测量杨氏模量值有重要工程意义。该文基于超声波以极微小偏角入射异介质界面时,其声波的波型与波速转换,反射波声压值发生变化的原理,提出一种基于超声测量材料杨氏模量的方法,并利用COMSOL仿真进行验证。当超声从水中入射材料后,探头将收到三次反射回波信号。通过测量三次回波信号时间和声压,结合材料厚度,可计算得到材料纵、横波声速及密度,进而获得杨氏模量值。该文对厚度15mm的四种材料进行了仿真验证,结果表明:材料杨氏模量的测量值与参考文献标准值的相对误差在0.15%-2.82%。