中国古代共振效应应用续说

中国古代共振效应应用续说

粟新华

(邵阳学院物理系, 湖南邵阳422000)

摘要：介绍了中国古代巧妙应用共振效应取水、扩音、准律、娱乐、预测、防振等.

从而充实了“中国古代共振研究与应用”一文的部分内容.

关键词：泉；石；钟；地震；激振波；固有频率；共振；

中图分类号：Ｎ０９：Ｏ42 文献标识码：A

“中同古代共振研究与应用”[ 1]一文中已介绍了共振效应的军事应用，作为补充，本文

论述共振效应在其他方面的应用.

1 用以取水

唐段成式在《酉阳杂俎》中指出：

“谯郡有功曹涧.天统初，济南来府君出谯郡.时功曹清河崔公恕，弱冠有令德，于时春夏积

旱，送别千余人，至此涧上，众渴甚思水，升直万钱矣，来公有思水色.恕独见一青鸟于涧

中乍飞乍止，怪而就焉.鸟起，见一石，方五六寸，以鞭拨之，清泉涌出.”[2]

这话听起来好象十分谎谬，但仔细想想不无道理.一个小石子，内部又是空的，用鞭有

节奏地拨弄它时，极有可能发生共振，把泉水激出石外.从振动与波的角度看，以鞭拨弄石

子，使石子振动，激振波在均匀媒质中传播，并在边界处反射，反射波与激振波相互叠加，

最后形成适应特定边界条件的稳定驻波.此时媒质中各质元以同一频率、不同的恒定振幅振

动.在振动波腹处，水的激励最为强烈，溅出石外.

除击鞭引水外，还有以声引水的.《小知录》就举出不少例子：

“‘乐音泉’，强村乐音泉，唱浪淘沙曲，即得一杯.……‘咄泉’，寿州咄泉，大叫则大

涌，小叫则小涌.‘抚掌泉’，昭明读书抚掌泉，闻拍掌声则溢.‘喜客来’，大茅峰喜客来泉，

客至则出.‘笑泉’，无为州笑泉，闻笑声则沸.‘卫泉’，西宁卫泉，闻足音则溢.”[3]

此外，清陆蕃在《粤西偶记》还记载泗洲城有“骂泉”，游客们想饮此泉之水，只要给

牧童几文钱，牧童们则对着泉眼破口大骂，片刻间就有泉水涌出.

上述各泉，泉身是共振腔，泉壁为振源，唱歌、拍掌、踏足、叫喊声使泉壁振动，从而

激励泉水作受迫振动.在泉壁振动的入射波与泉水振动的反射波叠加后的波峰处，泉水跳溅

而出.

2 用于扩音

我国古代也懂得空腔扩音技术.他们在乐器上装上共鸣箱，将声音放大.如战国时流行的秦

筝，音箱是木制长方形的.面上张弦，用手指拨动丝弦，“木声丝声均其所自出”，此处柳宗

元所谓“木声”，指的就是乐器木质部分的共鸣声.

共鸣箱不仅具有放大作用，而且能改善音色.如琴弦振动，琴匣除了随弦的频率振动外，

还要发出泛音，并且改变原来弦的基音和各个泛音之间的强度比.例如音箱的固有频率在低

音范围，演奏某些音调时，由于共鸣的作用，泛音可以很强，使音色优美动听.

《长物志》载：“古人有于平屋中埋一缸，缸悬铜钟，以发琴声者.然不知层楼之下,盖上

有板则声不散，下空旷则声透彻.或于乔木修竹、岩洞石室之下，地清境绝，更为雅称耳.”

[4]可见共鸣效应也应用于琴室.

以缸助琴的秘密，很快就为唱戏的人所注意.我国古代剧场在舞台下常常埋上几口缸.北

京故宫畅音阁下，就挖有五口井，舞台上发出的“畅音”宏亮而圆润，有余音绕梁的效果.

这是因为这种建筑系统可以造成反射、共鸣等声学效应.中国古代具有这种声学效应的建筑还有许多，如初建于明代永乐十八年(1420年)的北京天坛公园，就保存着我国古代建筑声学里光彩夺目的丰碑—－回音壁.三音石、圜丘天心石和新发现的对话石.

与上述相反，明代方以智记载，有些私铸金钱的人，为了避免被人发现，“匿于湖（地洞）中，人犹闻其锯锉之声，乃以翁为秋秋瓦，累而墙之，其口向内，则外过者不闻其声.何也？声为瓮所收也.”清代郑光祖也有类似记载：“人家墙壁以空翁横砌而成，使口尽向内，则室中所作之声尽收入瓮，而贴邻不闻.”这种诮音技术，正是空腔扩音技术的逆运用.

3 用以准律

我国古代的度量衡是用一根管子做标准的，叫“黄钟律管,”它有一定的管长、管经，也有一定容积.把黄钟律管翻造以后分发全国各地当作度量衡标准.如果谁弄虚作假.只要把国家保存的黄钟律管跟他的律管一此，真象就能戳穿.因为一定长度的空气柱能和一定频率的声源发生共鸣.假如黄钟律管内空气柱长度与国家的标准黄钟不一，该黄钟就无法发生共鸣.

检定黄钟律管的长度，通常是在缇室里进行的:

“候气之法，为室三重，户闭，涂衅必周，密布缇缦.室中以木为案，每律各一，内庳外高，从其方位，加律其上，以葭莩灰抑其内端，案历而候之，气至者灰动.”[5]缇是一种素色无纹的丝织品，用它来布置一间帐房，帐房外面有三层套间，还有三重曲折的门径，使室内听不到外来的声响，吹不进外来的风.

做实验的人在缇室中央，四周摆一圈木桌.桌上微微倾斜地放着那些一端开口一端封闭的圆形待测管.每根待测的管子里都放一点轻灰，轻灰是用芦苇杆里的薄膜烧成的，稍有振动就会移动位置.

做实验的人在缇室中心位置吹笛，发出标准的黄钟音.凡是共鸣的管子，都会把管内的轻灰振成一小堆一小堆的，不会共鸣的管子里，轻灰依然不动.这样真假就分清了.

缇室不仅可为各种乐器定音，在制造乐器和调整乐器上也有过重要作用：

“截管为律，吹以考声，列以物气，道之本也.术家以其声微而体难知，其分数不明，故作准以代之.准之声，明畅易达，分寸又粗.然弦以缓急清浊，非管无以正也.均其中弦，令与黄钟相得，案画以求诸律，无不如数而应者矣.”[6]

4用以娱乐

我国古代将共振原理应用于玩器中，让人们从娱乐中得到快乐，并以此作为教化工具，启迪人的思维.

“唐明皇令道士叶法静治化金药，成,点磁盆试之者.鱼盆则一木素盆也，方圆二尺，中有木纹，成二鱼状，鳞鬣毕俱，长五寸许.若贮水用，则双鲤隐然涌起，顷之，遂成真鱼；覆水，则宛然木纹之鱼也.”[7]

这种玩器，叫“喷水鱼洗”或“鱼洗”，其特点王明清在《挥麈前录》中有过描述：“又命取磁盆一枚示似夫，云：此亦石所献，有画双鲤存焉，水满则跳跃如生，覆之无它矣.”[8]当然，最完整的记载当数《清稗类钞》：

“古州城外河街，有陈顺昌者，以钱二千向苗人购一古铜锅，重十余斤.贮冷水于中，摩其两耳，即发声如风琴，如庐笙，如吹牛角.其声嘹亮，可闻里余.锅中冷水即起细沫如沸水，溅跳甚高，水面四围成八角形，中心不动.”[9]

鱼洗就如倒置的钟，其振动与钟的振动相似，喷水原理与上述以鞭击水一样.

除“喷水鱼洗”外，我国还流传一种叫做“传声筒”的装置：

“传声筒者，截竹筒两枚，空其两端，各以一面用皮纸冒之，胶封甚固.两筒纸面相向，取长数丈之细线穿过之.使两人各执一筒，一人属口于此筒之空面，一人属耳于彼筒之空面，相去数丈，属口者随意言语，属耳者听之了了，他人不闻也.”[10]

这种装置，今名“土电话”.其工作原理是：人对着话筒讲话，声音从话筒经细线传给听筒，使受话人接收发话人的声音.装置中的话筒、听筒均为同鸣箱，对声音起放大作用.

秋千也是一种很好的娱乐工具，它起源于汉武帝时.设想你的一个同伴在荡秋千，而你在地上按他的振荡频率一次一次地去推送，那么他就会越荡越高，这就是一种共振现象.假如你推送的频率与秋千振荡频率不一致，就会造成干扰，使秋千越荡越低.

5用以预测

固体器物无故自鸣，往往预兆天灾人祸的发生：

“‘石鼓’，冀县有天鼓山，山有石如鼓.河鼓星摇动，则石鼓鸣，鸣则秦土有殃.”[11]“西河有钟，在水中晦朔辄鸣，声响悲激，羁客闻而凄怆”.[12]

“陕州黄河有铜钟，水大水小常自浮出，每昧朔阴雨之日辄鸣，声响悲亮，行客闻之莫不怆然.”[13]

“康熙戊申六月十七日戌刻.山东、江南、浙江诸省,同时地大震，而山东之沂、莒、郯三州县尤甚.郯之马头镇,死伤数千人.地裂山溃,沙水涌出,水中多有鱼蟹之属.又天鼓鸣，钟鼓自鸣.”[14]

我们清楚，当海面发生风暴时，强风掠过,海面就会产生次声波,次声波和风暴怒吼的声波一起向四面八方传播，声波很容易被空气和大海“吃”掉，唯有频率很低的次声波在传播过程中能量损失慢，因此传播距离很远.所以.当人们听不到大海的咆哮声时，次声波依然存在.加之次声波比风浪速度快许多倍，它能成为风暴来临的警报.可惜我们的耳朵无法听到次声.此时，钟声共鸣却起到报警作用.

另一方面，海潮的起涨跟月的阴晴圆缺有密切关系，每当农历每月初一黄昏潮汐时，就有次声波推动铜钟自鸣.

当然，地震和火山爆发前地壳也会产生次声波，那么，能不能制造一种仪器去搜集这种次声信号，及时发出预报？在没有解决这个问题之前，铜钟有时起到这种仪器的作用：“天中记云，汉武帝时，未央宫前殿钟无故自鸣，三日三夜不止.诏问太史，待诏王朔，朔言恐有兵气.更问东方朔，朔曰，臣闻铜者山之子，山者铜之母，以阴阳气类.言之子母相感，山恐有崩弛者，故钟先鸣.易曰：鸣鹤在阴，其子和之，精之至也，其应在后五日内.居三日，南阳太守上书，言山崩，延袤二十余里.”[15]

这段记载，就是利用铜钟自鸣预测祸福的.应该说，王朔和东方朔的预测都有科学道理.王朔说恐有兵气，是说可能有敌犯境，末央宫铜钟与敌军号鼓相应.东方朔也许根据当时情况排除敌军犯境的可能性,而猜想即将有地震发生.“鸣鹤在阴，其子和之”，明确指出声音来自地下(即地声,地声是一种声发射现象:地壳在聚积能量的过程中,会在岩体的脆弱部位首先发生微破裂,从而引起声发射.微破裂时的声发射能量较低,很难传到地面.但这种破裂继续发展,就会具有很大能量.离震区很远的地方,可能听不到这种声音,但次声的传播,距离却十分遥远)，“其子”（指铜钟）与地声频率相合，故钟自鸣.他于是断定：地震会在五日内发生.果然不出所料，第三天南阳山崩.

“昆明池刻玉石为鱼，每至雷雨常鸣吼, 髟耆尾皆动.汉世祭之以祈雨，往往有验.”[16]很明显，上述“石鱼”已是一种人工制造的、用以预测雷雨风暴的仪器，制器目的相当明确，而且预测非常灵验，以至人们将这种仪器“神化”，对它顶礼膜拜，用它求雨.可见拥有该器之人，未必懂得该器用途.

6用以防振

房屋、桥梁等建筑有时会因共振而倒塌.如1906年，一支沙俄军队在本国首都附近的丰垣卡河大桥上齐步走的时候，大桥突然断裂.1940年11月7日，美国新建的一座跨度为850米的悬索桥，突然在一场大风中坍塌——那天风速为19米/秒.大风中，桥面扭曲跳动，越跳越厉害，最后终于断毁.究其原因,都是共振造成的恶果:大风吹过桥身或人在桥上齐步走,人或

风不断对桥施以周期性外力,使桥作受迫振动.当周期性外力频率与桥的固有频率相同或成倍数关系时,其受迫振动的振幅达最大值,从而产生共振,最终导致桥毁人亡.

桥梁和其他建筑物都有各自的固有频率.梁的固有频率与梁的长短、宽窄、厚薄及材料的性质有关，楼板固有频率也是由这些因素来决定的.为了避免共振而导致建筑物倒塌，建筑设计师们应将建筑物的固有频率不与地震波、风力等因素发生共振.我国隋代大业年间（605—618）由李春建造的赵州桥，就是防震建筑的典范.

赵州桥建桥1300多年了，中间经历过多次地震，但他安然无恙.1966年3月邢台地震时，赵州桥离震中仅40千米，许多房屋倒塌，而它却末受丝毫影响.

我国山西省应县佛宫寺有座木塔，建于公元1056年，从地面到塔尖高67.31米，在古代木构建筑中，是当今世上最高的.940余年以来，木塔经历了多次强烈地震以及大风和炮击，至今仍然完好.从1305年至1976年，那里发生过12次烈度5度以上地震，其中1626年灵丘的7级地震，在应县烈度高达7度，然木塔挺拔如故.

中国是研究共振现象最早的国家，取得了许多令人瞩目的成就，在共振原理应用方面，“中国古代共振研究与应用”中第一、二部分也举了不少例子，这里不再重复.本文收束前，顺便提一下何良俊《语林》中的一个故事：“太常缺黄钟，铸不能成，李嗣真居崇山里，疑土中有之，弗得其所.道上逢一车，有铎声甚历.嗣真曰，宫声也.市以归，振于空地，若有应者，掘之得钟.”[17]这个故事有点玄乎，不可置信.但如果钟也悬在空中，“以铎引钟”就有可能，所以，用共鸣效应寻找相应之物的方法未必不可取.

4 参考文献

1 粟新华.中国古代共振研究与应用[J].邵阳师范高等专科学校学报.2002,24(2):31-33.

2 [唐] 段成式.酉阳杂俎·前集卷之九·事感[Ｍ].北京：中华书局，1981.86

3 [清] 陆凤藻.小知录·卷二·泉石[Ｍ].上海：上海古籍出版社，1991.45

4 [明] 文震亨.长物志·卷一·琴室[Ｍ].北京：中华书局，1985.4

5 [宋] 范晔.后汉书.志第一·律历上[Ｍ].北京：团结出版社,1996.889

6 [宋] 范晔.后汉书.志第一·律历上[Ｍ].北京：团结出版社,1996.888

7 [宋] 王明清.挥尘前录·卷三[ M ].

8 [宋] 何薳.春渚纪闻·卷九[ M ].北京：中华书局，1983.143.

9 [清] 徐珂.清稗类钞·第九册·鉴赏类[Ｍ].北京：中华书局，1986.4344

10 [清] 徐珂.清稗类钞·第五册·工艺类[Ｍ].北京：中华书局，1984.2417.

11 [唐] 段成式.酉阳杂俎·前集卷之十·物异[Ｍ].北京：中华书局，1981.96

12、13 [清] 张英、王士祯.渊鉴类函·卷一百九十一·乐部·钟[Ｍ].北京：北京市中国书店，1985

14 [清] 王贞祯.池北偶谈·卷二十二·谈异三·地震[Ｍ].北京：中华书局，1982.523

15[清] 张英、王士祯.渊鉴类函·卷二百七十八·人部·博物[Ｍ].北京：北京市中国书店，1985

16 [汉] 刘歆撰、［晋］葛洪辑·西京杂记·卷一[Ｍ].上海：上海古籍出版社（四库笔记小说从书），1991.5

17 [明] 何良俊.语林（三）·卷二十三·术解第二十[Ｍ].上海：上海古籍出版社,1983.13

高一物理共振现象

第六章C共振现象 一、教学目标 1.知识和技能领域： 1）知道阻尼振动、受迫振动； 2）知道共振现象和共振的条件。 2.方法和过程领域： 1）感受对物理现象进行观察、分析和归纳的过程。 3.情感、态度、价值观领域： 1）激发学习物理的兴趣，培养学生求知和探究进取的精神；2）增强理论联系实际的自觉性。 二、教学重点 共振现象及共振产生的条件 三、教学难点 共振现象及共振产生的条件 四、教学准备 弹簧振子 五、教学设计思路及教学流程 情景引入 ↓↓ 演示实验： 固有振动，受迫振动 ↓ 阻尼振动、受迫振动 固有振动与固有频率 ↓ 自主活动： 观察共振现象 ↓ 共振现象 共振产生的条件 ↓

STS 微波炉加热原理 六、教学过程 引入： 历史上曾发生这几件事，第一件事发生在拿破仑率领法导入侵西班牙时，有一支部队从铁链悬桥上经过时，土兵门跨着整齐而有力的步伐，突然轰隆一声响，桥的一头跌入了大河，把所有的土兵和军官都抛进了水里。 还有一件事发生的俄国圣彼得堡，一只部队在经过丰坦卡河上的大桥时，也是跨着有节奏的步伐，同样发生了桥坠人之的事件。 教材P128，1940年，美国的全长860m的塔柯姆大桥因大风引起的振动而塌毁 [图 6-13(a)]，尽管当时的风速还不到设计风速限值的1/3。 [图 6-13(a)] [ 图 6- 13(b)] 上世纪中叶，法国昂热市附近一座长102m的桥，因一队士兵在桥上齐步走，引起桥梁坍塌，死亡226人。 持续发出的某种频率的声音会使玻璃杯破碎 [ 图 6- 13(b)] 。 这是什么原因呢？ 认识物理是我们解释、利用和改造自然的工具，激发学习物理知识的热情和兴趣，产生好奇心，激起求知欲。 新课： 一.教材P128“大家谈”（学生讨论） 1. 重新观察实际弹簧振子的振动过程，发现有什么现象？ 弹簧振子在阻力作用下振幅越来越小. 2. 简谐运动是理想情况还是实际情况？为什么？

医学功能成像技术

医学功能成像技术 第二讲功能性磁共振成像 吕维雪 本讲座撰写人吕维雪先生浙江大学教授 解剖结构的磁共振成像已经在临床和研究中被普遍接受了功能性磁共振成像做脑功能定位的出现更进一步扩大了磁共振成像技术在临床上的作用这一新技术可以通过检测神经活动对局域血流流量以及氧饱和的影响产生被激活脑区的图像它对于进一步理解脑的结构功能和病理学之间的关系有重要的作用而且该技术是无损的能很容易地和现有的临床实践集成所以受到了很大的重 视 仅有结构成像技术是不能确定功能性的神经解剖学的已经证明即使在正常人中其脑的中央沟都有很大差异这种情况当存在脑肿瘤时变得更为严重这 时会有质量效应和功能性的重新组织能做功能性定位的技术可以在畸变和脑解剖不确定的场合下提供有临床意义的信息 在对脑肿瘤做手术治疗时功能性成像也是很有价值的在很多场合中需要对主要的功能性皮层做精确的定位以便能最大程度地切除病态组织而使术后的神 经性后遗症减到最少术前能确定主要的功能区对于评价手术是否可行和手术的 方案都有重要意义 术前关键功能区的定位是功能性磁共振成像立即可以对临床有用的领域 fMRI可以在医院现有的MRI扫描仪上做功能区定位的常规检查图像的采集和处理时间基本上和结构性MRI检查类似除了这种应用以外fMRI对许多心理学和认知异常方面的理解和治疗也有潜在的临床价值 一功能性磁共振的原理 要了解功能性磁共振需要熟悉磁共振的物理原理它决定了信号的特性并由这些信号形成图像 1990年Seiji Ogawa首先报道了在磁共振图像中发现了血液氧合对T2*的影响他注意到当血液氧合降低时皮层血管变得更清楚了他知道这是由于去氧基血红素造成局域磁场不均匀的结果并把这一方法称为BOLD(Blood Oxygenation

(共振现象及其应用)的开题报告

毕业设计开题报告

共振现象及其应用 班级：08级物理师范（2）班姓名：学号： 一、课题的目的及意义 任何物体产生振动后，由于其本身的构成、大小、形状等物理特性，原先以多种频率开始的振动，渐渐会固定在某一频率上振动，这个频率叫做该物体的“固有频率”，因为它与该物体的物理特性有关。当人们从外界再给这个物体加上一个振动（称为策动)时，如果策动力的频率与该物体的固有频率正好相同，物体振动的振幅达到最大，这种现象叫做“共振”。物体产生共振时，由于它能从外界的策动源处取得最多的能量，往往会产生一些意想不到的后果。研究共振现象的目的和意义如下： 目的：对共振现象的条件以及结论进行理论推理，综述防振减振技术及共振现象的应用。 意义：物体发生共振时，由于它能从外界的策动源处取得最多的能量，往往会产生一些意想不到的后果。通过对共振现象的条件以及结论进行理论推理，对共振有充分的认识，巧妙利用，消除危害。那么，共振就能成为我们开发自然的最好的工具。 二、国内外研究概况 共振是物理学上的一个运用频率非常高的专业术语。共振的定义是驱动力的频率接近物体的固有频率时，受迫振动的振幅增大的现象。 超声振动检测法是使被检测物体受激产生振动,通过对其振动特性(主要是振动系统的等效力阻抗Z )的测量从而检测物体的缺陷或特性。实现振动检测的 M 具体方法很多,其中之一是共振法。共振法是利用换能器激发被测物体共振, 又利用换能器测量此共振频率(即Z ,中力抗X=O时的频率)以实现检测【1】。 M 世界上最早进行共振实验是在11世纪，我国宋代科学家沈括，剪一个小纸人放在弦线先上，弹动发生振动的弦，纸人就跳跃颤动，弹动别的弦，纸人却不动。这个实验比欧洲所做的同样的实验早好几个世纪。15世纪，意大利的达·芬奇才开始做共振实验，直到17世纪，牛津的诺布耳和皮戈特才以所谓的“纸游码”

FMRI脑功能磁共振成像的原理及应用进展

ＦＭＲＩ脑功能磁共振成像的原理及应用进展 功能磁共振是在磁共振原理的基础上根据人脑功能区被信号激活时血红蛋白和脱氧血红蛋白两者之间比例发生改变，随之产生局部磁共振信号的改变而进行工作的。凭借其具有较高的空间、时间分辨率，无辐射损伤以及可在活体上重复进行检测等优点已广泛应用于脑功能的研究。 1 磁功能磁共振概述 磁共振功能成像(function magnetic resonance imaging，FMRI)是目前脑功能研究中的一个热点。20世纪90年代后，BOLD（blood oxygenation level dependent）磁共振功能成像已广泛应用于脑功能的研究。其优点是就有较高的空间、时间分辨率，无辐射损伤以及可以在活体上重复进行检测。理论上讲，凡以反映器官功能状态成像为目标的磁功能成像技术都应称之为功能磁共振成像。目前，临床上已较为普遍使用的功能成像技术有：各种弥散加权磁共振成像技术（diffusion-weighted imaging，DWI），各种灌注加权磁共振成像技术（perfusion weighted imaging，PWI），磁共振波谱和波谱成像技术（blood oxygenation level dependent，BOLD）。观察脑神经元活动和神经通路的成像技术时，这种成像技术应叫做脑功能磁共振成像（FMRI），它一般包括水平依赖成像；脑代谢测定技术成像；神经纤维示踪技术如弥散张量和磁化转移成像。 1.1 FMRI的基本原理：FMRI的方法很多，主要包括注射照影剂、灌注加权、弥散加权及血氧水平依赖（blood oxygenation level dependent，BOLD）法，目前应用最广泛的方法为BOLD法：血红蛋白包括含氧血红蛋白和去氧血红蛋白[1]，两种血红蛋白对磁场有完全不同的影响，氧合血红蛋白是抗磁性物质，对质子弛豫没有影响，去氧血红蛋白是顺磁性物质，其铁离子有4个不成对电子，可产生横向磁化磁豫缩短效应（preferential T2 proton relaxation effect，PT2PRE）。因此，当去氧血红蛋白含量增加时，T2加权像信号减低。当神经元活动增强时，脑功能区皮质的血流显著增加，去氧血红蛋白的含量降低，削弱了PT2PRE，导致T2加权像信号增强，即T2加权像信号能反映局部神经元活动，这就是所谓血氧水平依赖BOLD[2]效应，它是FMRI基础[3]。 梯度回波成像（gradient recall echo，GRE）是FMRI的常规脉冲序列，它对磁化效应引起的T2效应非常敏感，梯度回波脉冲序列使用单次激发小翻转角射频脉冲和极性翻转的f编码梯度场，在采集信号过程中，由于梯度场引起的去相位就会完全被再聚集，而回波信号则取决于组织的T2。在信号采集过程中，GRE 与SE序列相似。都是通过多次反复采集回波信号完成全部的相位编码和数据采集。ＧRＥ扫描对流空现象，扩散现象以及对功能成像非常重要的Ｔ２效应等诸

振动分析

振动分析 常见故障类型及频谱 一、常见的故障主要包括以下几类： 1）共振2）不平衡3）不对中4）轴弯曲 5）机械松动6）电动机问题7）滑动轴承问题 8）滚动轴承问题9）齿轮问题10）皮带问题11）风机问题12）泵的问题 二、频谱 1、共振 1.1 判断依据： 共振是旋转机械常见的问题。旋转部件如转轴的共振通常叫做临界转速。共振存在于一个结构的所有部件，甚至在管路和水泥地板等，重要的是要避免机器运行在导致共振的频率上。识别共振的简单方法是比较同一轴承三个方向水平、垂直和轴向的振动值，如果某一方向的振动大于其它方向的振动三倍以上，机器则可能在该方向存在共振。 1.2 频谱现象： 1.3 解决方法： 在可能的条件下改变机器的转速，常用的解决方法是改变机器结构的质量或刚度。 2、不平衡 2.1 判断依据： 当旋转部件的重心与旋转中心不一致，即质量偏心时产生不平衡。不平衡的转子产生离心力使轴承损坏，导致轴承寿命降低。仅仅百分之几毫米的重心位移可引起非常大的推动力。不平衡引起明显的转频振动。 2.2 频谱现象：

2.3 解决方法： 找动平衡 3、不对中 3.1 判断依据： 不对中是指两个耦合的轴的中心线不重合，如果州中心线平行称为平行不对中，如果轴中心线在一点相交则称为角不对中，现实中的不对中是两种类型的结合。 3.2 频谱现象： 4、轴弯曲 4.1 判断依据： 轴弯曲引起的振动类似不对中，轴弯曲可能是电动机转子笼条故障引起的转子受热不均导致的。如果弯曲发生在轴中心位置，主导振动是1 x RPM，如果弯曲发生在接近、连轴器，主导振动频率会是2 x RPM。 4.2 频谱现象： 5、机械松动 5.1 判断依据： 有两种机械松动，旋转和非旋转，旋转松动指在机器旋转和固定部件间存在太大的空间；非旋转松动指两个固定部件之间间隙太大。二者都在三个测量方向产生过大的1x RPM 谐频振动。 5.2 频谱现象：

有趣的共振现象

有趣的共振现象 学生：严晓雯 指导老师：殷光香 唐朝的时候，洛阳的一座寺院里出了一件怪事。寺院的房间里有一口铜铸的磬，没人敲它，常常自己“嗡嗡”地响起来，这里是什么原因呢？ 原来，这口磬和饭堂的一口大钟，它们在发声时，每秒种的振动次数——频率正好相同。每当小和尚敲响大钟时，大钟的振动使得周围的空气也随着振动起来，当声波传到老和尚房内的磬上时，由于磬的频率跟声波频率相同，磬也跟着振动起来。发出了“嗡嗡”的响声。这就是发生振动的共振现象，也叫共鸣。 你注意过吧，胡琴的下端都有一个不小的“肚子”——蒙上蛇皮的竹筒。当你兴致勃勃地拉起胡琴时，琴弦的振动通过蛇皮会引起“肚子”中空气的共鸣，使发出来的琴声不仅响亮，而且音乐丰满，悠扬动听。人们把这种“肚子”叫做共鸣箱。你瞧，扬琴、琵琶、提琴、钢琴等乐器，不都有各种形状，大小不一的共鸣箱吗？ 除了共鸣箱之外，人们利用共振现象来做的好事还不少呢。 建筑工人在造房子的时候，不论是浇灌混凝土的墙壁或地板，为了提高质量，总是一面灌混凝土，一面用振荡器进行震荡，使混凝土由于振荡更紧密、结实。 大街上的行人，车辆的喧闹声，机器的隆隆声——这些连绵不断的噪声不仅影响人们正常生活，还会损害人的听力。有一种共振性的消声器，是由开有许多小孔的孔板和空腔所构成。当传来的噪声频率与共振器的固有频率相同时，就会跟小孔内空气柱产生剧烈共振。这样，声音能在共振时转变为热能，使相当一部分噪声被“吞吃”掉。 此外，粉碎机，测振仪，电振泵等，也都是利用共振现象进行工作的。

但在某些情况下，共振现象也可能造成危害。例如：当军队过桥的时候，整齐的步伐能产生振动。如果它的频率接近于桥梁的固有频率，就可能使桥梁共振，以致到了断裂的程度。因此，部队过桥要用便步。 在我国西北一带，山头终年积雪。每当春暖花开，山上冰雪融化，雪层会离开原来的地方滑动。往往一次偶然的大吼声，厚厚的雪层就会因为共振而崩塌下来，因此规定攀登雪山的勘察队员，登山队员不能大声说话。 我们要将共振充分运用到各个科学领域，还要防止共振现象给生活、工作、环境带来危害。这就需要我们不断去研究、探索。

如何演示共振现象

第30卷　第8期2001年8月 中学物理教学参考Physics Teaching in Middle School Vol.30　No.8 Aug.2001 ●实验研究● 如何演示共振现象 朱　红 (江苏常州师范学校　213004) 在演示共振现象时,一般我们是在一根张紧的细绳上悬挂几个固有频率相同和不同的图1 单摆,如图1所示,让单摆A 先摆动起来,对其它的单摆产生驱动力,其它的单摆也会振动起来,振幅越来越大,并且单摆B 、C 的振幅大于单摆D 、E 的振幅,同时单摆A 的振幅逐渐减小,直到为 零;当单摆A 的振幅为零时, 单摆B 、C 的振幅达到最大,之后又逐渐减小,直到为零;此时,单摆A 和单摆D 、E 的振幅不为零,即单摆D 、E 的振幅又大于单摆B 、C 的振幅.在整个过程中,出现单摆B 、C 的振幅有时大于单摆D 、E 的振幅,有时又小于单摆D 、 E 的振幅,那么什么时候能说明产生了共振现 象呢?有些老师从能量的观点来分析,指出当单摆B 、C 的振幅明显大于单摆D 、E 的振幅时,就可以认为产生了共振,实验就可以结束了.笔者认为,这种观点是不恰当的.严格地讲,如图1所示的这个实验装置是一种耦合振动系统,虽然与单摆A 固有频率相同的单摆B 、C 的最大振幅的确是最大的,但是其中每一个单摆都通过绳子受到了周期性的强迫力矩的作用,其运动现象是频率相近的两个同方向的简谐振动合成的“拍”,即振幅时大时小,做周期性的变化,而单摆B 、C 的振幅在某一瞬时最大并不是共振现象,因为共振时的振幅最大且不应该随时间的变化而变化.所以,笔者认为用上述实验装置来演示共振现象是不科学的.下面笔者介绍两种演示共振现象的小实验. 一、竹条(钢锯条)摆找一块硬泡沫塑料做底座,用两根窄的竹条竖直地插在泡沫底座上,再用两只小夹子夹在竹条上不同的位置处,做成“竹条摆”,如图所示实验时用手拿住底座,水平地往复运 动,逐渐提高振动频率.你将会看到在某一特定的频率时,其中的一只摆振幅最大,这就是共振现象.当改变夹子的位置时,摆的固有频图2 率就发生改变,要发生共振,就必须改变往复运动的频率,即驱动力的频率.如果找不到竹条,也可用钢锯条来代替竹条,做成钢锯条摆,其效果也是一样的. 二、拍吊球 用一根橡皮筋像绕线团一样绕在一只小橡胶球上,并将橡皮筋与球接触的根部用线拴图3牢,再将橡皮筋的另一端系在中指根部,把小球吊起来,如图3所示,然后像拍球一样上下摆动手掌.开始时以很低的频率拍球(如f =0.5Hz ),再逐次提高频率,在每次改变频率后,保持稳定一段时间,并且尽力维持驱动振 幅大致相等.观察在驱动频率变化的 过程中球所做受迫振动的情况,可以看到,在某一特定的频率时,球能够大 幅度地上下运动,这时就是发生了共振,而在低于或者高于这个频率时,球的振幅反而变小,即使你使劲地拍也无济于事. 由于上述两种实验装置的制作与取材均非常容易,可以多准备几套,以便把演示实验改为学生随堂小实验,让学生自己去体会共振现象及其产生的条件.在实验过程中随着驱动 力频率的变化,竹条摆和小吊球的振幅也随着 发生变化,只有当驱动力的频率与他们的固有频率相等时,振幅才达到最大(并且在此频率 时振幅不随时间的变化而变化),发生共振.利用这个过程,可以让学生自行探究出驱动力的频率与振幅之间的关系,从而帮助学生理解共振曲线2.. 84

谈谈共振的应用及其危害

谈谈共振的应用及其危害 摘要：本文就日常生活中共振的现象进行了分析与探讨，探究其存在的物理本质，进而深入研究了共振的形成条件、现象、应用及其危害。 引言：在现实生活中，我们经常能够看到或者听见玻璃窗在载重车驶过时抖动；风吹高压电线发出尖啸声；美妙动人的歌声从人们歌喉里飘出；钢琴、小提琴等乐器演奏出绝妙的音响效果；树木在大风的吹过后轰然倒下等等。那么，为什么会有这么奇妙的事情发生呢？共振真的有那么大的魔力吗？共振带来的都是好事吗？ 共振概述：任何物体产生振动后，由于其本身的构成、大小、形状等物理特性，原先以多种频率开始的振动，渐渐会固定在某一频率上振动，这个频率叫做该物体的"固有频率"。当人们从外界再给这个物体加上一个振动（称为驱动）时，如果驱动力的频率与该物体的固有频率正好相同，物体振动的振幅达到最大，这种现象叫做"共振"。 从能量角度来看，在共振过程中，驱动力始终对物体做正功，所以物体能从外界的驱动源处取得最多的能量，往往会产生一些意想不到的效果。 共振的应用： 1.声音的共鸣：共振在声学中亦称“共鸣”，它指的是物体因共振而发声的现象，如两个频率相同的音叉靠近，其中一个振动发声时，另一个也会发声。 早在战国初期，当时的人就发明了各种各样的共鸣器，用来侦探敌情。《墨子·备穴》记载了其中的几种：在城墙根下每隔一定距离挖一深坑，坑里埋置一只容量有七八十升的陶瓮，瓮口蒙上皮革，这样，实际上就做成了一个共鸣器。让听觉聪敏的人伏在这个共鸣器上听动静，遇有敌人挖地道攻城的响声，不仅可以发觉，而且根据各瓮瓮声的响度差可以识别来敌的方向和远近。另一种方法是：在同一个深坑里埋设两只蒙上皮革的瓮，两瓮分开一定距离，根据这两瓮的响度差来判别敌人所在的方向。 我国古时还发明出了另一种更加轻巧、简便、实用的共鸣器。如唐代的军队中就有一种用皮革制成的叫做“空胡鹿”的随军枕，让听觉灵敏和睡觉警醒的战士在宿营时使用，“凡人马行在三十里外，东西南北皆响闻”。当声音通过地面传播到空穴时，在空穴处产生交混回响，于是就能知道敌人的多寡远近。 2．核磁共振成像：在电学中，振荡电路的共振现象称为“谐振”。

高转速时有共振现象是怎么回事

高转速时有共振现象是怎么回事？ 读者林先生问：汽车在转数达到3000转的时候，出现共振现象，这是怎么回事？ 回复：首先要区别共振的具体表现，大概有2钟，一种表现为车身的抖动，一种表现为有明显的共鸣噪音。大部分的车型在大约3000转时，都会有明显的共鸣噪音，但是没有车身的抖动感。这是汽车的常有现象 手刹拉起就放不下怎么回事？ 读者谢先生问：最近自己的汽车的手刹拉起来后就再也放不下去了，请问这是怎么回事？ 回复：如果手刹车不能正常使用的话，车辆就不能再开，如果继续使用的话，会将汽车的刹车片烧坏，造成车辆安全隐患。从你所表述来看，可能是手刹棘轮机构失效导致。建议开到4S店或是维修店做进一步的检查。 “抖车”的原因解析小问题可能藏大隐患 [日期：2013-1-18 9:17:50 ][来源: 网络] [阅读次数:110 ] 新车用了一段时间，有的车主会发现车身有些小抖动，却不知道哪里出了问题。“车身抖动”是一个信号，告诉车主车子已出现了问题。专业人士余兵师傅告诉我们，车身抖动看似小事，如果不注意检测，会引发大故障隐患。那么，车身抖动是由什么问题引起的呢？普通车主该如何判断和解决？ 行驶时发现车身抖动 如果在行车过程中，发现车身有轻微的抖动或偏移，一般是轮胎引起的故障。首先可能是轮胎平衡状况不佳，需要车主尽快去做一个四轮定位和动平衡，如果车辆不跑偏做一下轮胎动平衡即可。 外一种状况则较为严重，可能是因为钢圈变形所致，这就需要车主去专业的维修店检查。这种状况一般发生在使用年限较长的车辆身上。一般汽车更换新轮胎、新钢圈时都要做一次轮胎平衡，否则配重不平均时方向盘就容易发生抖动的现象。车身抖动对行车舒适感和操控判断都会有所影响。 第三种情况是因为传动轴变形不平衡引起，一般这种情况出现在底盘碰撞过的车比较多。 怠速时的车身抖动 怠速车身抖动是很多车主常遇到的状况。如果车主在启动车辆或将车辆停驶未关闭发动机情况下，如果发现车身抖动明显，那么可能意味着车辆存在下面三种状况： 1、发动机积碳严重

分析位移共振和速度共振的条件

分析位移共振和速度共振的条件 高中物理教材关于发生共振条件的论述，现行教材和以前的教材相比说法有所变化。以前的教材讲：“当策动力（现行教材改为驱动力）的频率等于物体的固有频率时，物体做受迫振动的振幅最大，这种现象叫做共振。”，意思是说驱动力的频率等于物体的固有频率是发生共振的条件。现行教材改为“当驱动力的频率接近物体的固有频率时，物体做受迫振动的振幅增大，这种现象称为共振。”究竟怎样才算接近固有频率呢？看高中物理教材共振曲线（见图1），如图2中由12f f →或由43f f →所示的情况也算是接近固有频率吗？如果算，此时却未发生共振，又当如何理解？ 再看各种复习参考资料，相关的习题都沿用“驱动力的频率等于固有频率时发生共振”的说法，似乎“驱动力的频率等于物体的固有频率是发生共振的条件”更为可信。然而，根据又是什么呢？ 要弄清这个问题，还要从受迫振动说起。为了与高中物理教材吻合，我们只讨论在弱阻尼振动系统上加周期性外力发生的受迫振动。 以弹簧振子为例，质点受三种力：弹性力-kx ，阻尼力dx dt γ-，驱动力F ，设其按余弦（或正弦）规律变化且初相为零，则有 0cos F F t ω= 由牛顿第二定律，有 202cos d x dx m kx F t dt dt γω=--+ 令 2000,2,F k f m m m γ ωβ= == 得 20022cos d x dx x f t dt dt βωω++= 1.1 A f f ′ O 受迫振动的振幅 图2 f 1 f 2 f 3 f 4 A f f ′ O 受迫 振 动的 振 幅 图1

这就是受迫振动的方程，为二阶常系数非齐次微分方程。根据微分方程理论，上式的解为 0cos(')cos()t x Ae t A t βωαω?-=+++ 1.2 A 和α是由初始条件决定的积分常数。（1.2）式为两项之和，表明质点运动包含两个分运动，第一项为阻尼振动，随时间的推移而趋于消失，它反映受迫振动的暂态行为，与驱动力无关。第二项表示与驱动力频率相同且振幅为A 0的周期性振动。开始时，受迫振动的振幅较小，经过一定时间后，阻尼振动消失。质点进行由（1.2）式第二项决定的与驱动力同频率的振动，称为受迫振动的稳定振动状态，可表示如下： 0cos()x A t ω?=+ （1.3） 稳定振动状态表面上像简谐运动，其实不然。ω并非固有频率，而是驱动力的频率；振幅A 0和初相?也并非决定于初始条件，而是依赖于振动系统本身的性质，阻尼的大小和驱动力的特征，将（1.3）式代入（1.1）式，得 20020 00(cos cos sin sin )2(sin cos cos sin )(cos cos sin sin )cos A t t A t t A t t f t ωω?ω?βω?ω?ωω?ω?ω---++-= 由等式性质，有 2 20000 22 00 0()cos 2sin ()sin 2cos 0 A A f A A ωω?βω?ωω?βω?--=-+= 可解出 022 2 2 ()4f A ωωβω = -+ （1.4） 当驱动力频率取某值时，振幅获得最大值（振动系统做受迫振动时，其振幅大最大值的现象叫做位移共振——即高中物理教材中所说的共振）。由上式，并用微分法关于极大值的判据，可求出共振时驱动力的圆频率为 2202r ωωβ=- 这一频率称为位移共振频率。显然，位移共振频率一般不等于振动系统的固有频率。 物体做受迫振动达到稳定状态时，其速度做周期性变化，由（1.3）式可得 0sin()2 x dx v A t dt πωω?= =++ 由此可知速度幅（即速度的最大值） 00v A ω= 由（1.4）式可知，由于A 0随驱动力的频率变化而变化，驱动力频率ω达到某一数值时可使振动的速度幅取最大值，这种现象称为速度共振。将（1.4）式代入00v A ω=，并应用极值的微分判据可得速度共振的条件为 0ωω=

共振现象利弊的分析

共振现象利弊的分析 创新自1101班张旭1111560129 众所周知，共振现象在我们的生活中广泛的存在着，小到乐器的演奏，大到桥梁的倒塌，就连我们“电厂热力设备及运行”一课都讲到要防止汽轮机由于应力变形引起共振。对于共振的探究，我先对涉及到的名词进行了查找。 所谓共振，是指激振频率接近机器结构固有频率时的一种工作状态。而固有频率是指一旦振动频率达到这个值结构就会发生共振，而如果振动频率稍一变化共振就会消失。 共振现象最有名的例子就是18世纪中叶，一座桥因大队士兵齐步走产生的频率正好与大桥的固有频率一致，使桥的振动加强，最终断裂。其实就算是人们注意了人为因素，建筑物还是要经受共振现象的考验，比如风。1940年，美国塔柯姆大桥因大风引起的共振，尽管当时的风速不及设计风速限值的1/3，可是因为这座大桥的实际的抗共振强度没有过关，所以导致事故而塌毁。大风中大楼剧烈摇晃也不是“风吹的”，而是因大风造成的共振而剧烈摇摆。更极端的例子地震波引发的共振就更不用说了。 由于人体柔软的特性，人也会遭受共振的威胁。我记得我在看《小崔说事》采访战地记者的一集里，战地记者说如果手榴弹在附近爆炸，卧倒的同时一定要把心脏离开地面，否则心脏就有受到振动波而被震碎的危险。 当然，共振现象也为科技发明者们广泛应用。我查到一个咋一看

用不到共振的例子，微波炉。以前我只是知道微波炉利用的是水分子振动，通过查找资料我才知道微波是具有2500赫兹左右频率的电磁波。食物中水分子的振动频率也在这附近，为了达到共振，微波炉加热食品时，炉内产生很强的振荡电磁场，使食物中的水分子作受迫振动，这是一个能量转化的过程，电磁辐射能转化为热能，从而使食物的温度迅速升高。微波路通过对物体内部的整体加热，完全不同于以往的从外部对物体进行加热的方式，极大地提高了加热效率。 我个人还有听广播的爱好，只不过我是用手机自动搜索，老式收音机的旋钮就是使收音机电路和广播台发射的信号达到共振，进而起到放大信号的作用。这和我们模拟电子电路课学到的知识相同。 结合我们课上讲的宇宙的内容，我还查了关于轨道共振的资料，在天体力学中，轨道共振发生在两个天体的运行轨道的公转周期成简单整数比关系，它们之间互相受到周期性引力影响。这使它们的轨道在引力扰乱中保持稳定。比如冥王星与其它一些类似冥王星的天体的轨道与海王星的轨道成3:2的共振，保持了它们轨道的稳定性，这与短片里讲到行星轨道能保持稳定是很多因素共同作用的结果的观点一致。 和其他物理现象一样，共振有利有弊。记得第一节课上讲过《庄子?天下》文曰: “判天地之美,析万物之理。”化用仓央嘉措的诗，你认或不认，共振就在那里。我们要做的正是利用而不是试图改变自然的规律，让共振使生活更美好。

功能性磁共振成像的应用和发展前景_final

功能性磁共振成像的应用和发展前景 王君1*刘嘉1，2 1认知神经科学与学习国家重点实验室，北京师范大学，100875 2中国科学院研究生院，北京，100049 摘要：功能性磁共振成像（functional Magnetic Resonance Imaging ，fMRI）是当代 医学影像技术应用于脑神经科学研究最为迅速的领域之一。本文首先简要介绍功能 性磁共振成像的基本原理，然后着重叙述该技术在临床和基础研究中的应用和发展 前景。 关键词：功能性磁共振成像脑神经科学临床应用基础研究 Applications of fMRI in Clinical Medicine and Brain Neuroscience Jun Wang1*, Jia Liu1，2 1State Key Lab of Cognitive Neuroscience and Learning，Beijing Normal University, Beijing, 100875 2Graduate University of Chinese Academy of Sciences，Beijing，Beijing, 100049 Abstract: Now functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) has been more rapidly applied in clinical medicine and brain neuroscience than some other modern medical imaging techniques. This paper first briefly introduces the principle of fMRI, and then its some applications in clinical medicine and brain function research are described in details together with its some recent developments. Key words: fMRI Brain Neuroscience Clinical application Basic Research 20世纪90年代以来，在传统磁共振成像（Magnetic Resonance Image， MRI） 技术的基础上发展的功能磁共振成像（functional Magnetic Resonance Image , fMRI） 技术已广泛应用于脑功能的临床和基础研究。fMRI结合了功能、解剖和影像三方面 的因素，为临床磁共振诊断从单一形态学研究到与功能相结合的系统研究提供了强 有力的技术支持。该技术具有无创伤性、无放射性、可重复性、较高的时间和空间 分辨率、可准确定位脑功能区等特点，为脑神经科学提供了广阔的应用前景。 1.fMRI的基本原理 1990年, Ogawa等人根据脑功能活动区氧合血红蛋白（HbO2）含量的增加导 致磁共振信号增强的原理得到了关于人脑的功能性磁共振图像[1]，即血氧水平依赖 的脑功能成像(Blood Oxygen Level Dependent fMRI, BOLD fMRI) 。由于血液动力学

磁共振功能成像

磁共振功能成像（functional magnetic resonance imaging;FMRI）是一种安全的影像学检查手段，在完全无创伤的条件下可对人脑进行功能分析，其时间及空间分辨率较高，一次成像可同时获得解剖与功能影像，而且对人体无辐射损伤，在这一点上优于ECT和PET成像。目前，FMRI已广泛地用于人脑正常生理功能和脑肿瘤的术前评价，对手术计划的制定及最大程度地减小术后功能损伤有极大帮助。 1MR脑功能成像的原理与技术 神经元活动与细胞能量代谢密切相关，磁共振功能成像并不能直接检测神经元活动，而是通过MR信号的测定来反映血氧饱和度及血流量，从而间接反映脑的能量消耗，因此，在一定程度上能够反映神经元的活动情况，达到功能成像的目的。血氧水平依赖（blood oxygen level dependent;BOLD）技术是FMRI的基础，神经元活动增强时，脑功能区皮层的血流量和氧交换增加，但与代谢耗氧量的增加不成比例，超过细胞代谢所需的氧供应量，其结果可导致功能活动区血管结构中氧合血红蛋白增加，脱氧血红蛋白相对减少。脱氧血红蛋白是顺磁性物质，其铁离子有4个不成对电子，磁矩较大，有明显的T2缩短效应，即PT2PRE（preferential t2 proton relaxation effect）。因此，脱氧血红蛋白的直接作用是引起T2加权像信号减低，FMRI对其在血管结构中的浓度变化极为敏感，当浓度增加时可引起局部信号减低，减低时则可使磁化率诱导的象素内失相位作用减低，引起自旋相干性增大，从而导致T2*和T2弛豫时间延长，信号升高，使脑功能成像时功能活动区的皮层表现为高信号。 磁场强度的高低对脱氧血红蛋白引起的磁化率改变敏感性不同，磁场强度越高对磁化率变化的敏感性越大，超高磁场MRI仪对磁化率变化最为敏感。但由于技术上的限制，临床上一般采用1T～2T的磁共振仪进行脑功能成像，其结果也较为满意。FMRI一般采用梯度回波和回波平面T2加权成像，常用的梯度回波序列有：梯度破坏稳态再聚焦采集（spoiled gradient recalled acquisition in the steady-state;GRASS）序列和快速小角度激发（fast low angle shot;FLASH）序列，扫描参数为：TR/TE=40～120/40～60ms，翻转角30～40度，矩阵256×64～128，视野200～400mm，根据机型及获得的扫描层数不同，扫描参数有一定的差别；回波平面成像技术（echo-planar imaging;EPI）是一种超快速MR成像方法，是目前采用的主要技术，可以结合GRE序列和SE序列得到不同对比度的T1、T2加权像。目前，脑功能成像多采用单次激发梯度回波—回波平面成像（gradient-echo echo-planar imaging）序列，扫描参数因场强和机型不同而不同，常用参数为TR/TE=1000-3500/40～70ms，翻转角90度。

共振

共振 共振是指一物理系统在特定频率下，比其他频率以更大的振幅做振动的情形；此些特定频率称之为共振频率。在共振频率下,很小的周期振动便可产生很大的振动,因为系统储存了动能。当阻尼很小时，共振频率大约与系统自然频率或称固有频率相等，后者是自由振荡时的频率。 基本简介 共振是物理学上的一个运用频率非常高的专业术语。共振的定义是两个振动频率相同的物体，当一个发生振动时，引起另一个物体振动的现象。 共振在声学中亦称“共鸣”，它指的是物体因共振而发声的现象，如两个频率相同的音叉靠近，其中一个振动发声时，另一个也会发声。 在电学中，振荡电路的共振现象称为“谐振”。 一般来说一个系统（不管是力学的、声响的还是电子的）有多个共振频率，在这些频率上振动比较容易，在其它频率上振动比较困难。假如引起振动的频率比较复杂的话（比如是一个冲击或者是一个宽频振动）一个系统一般会“挑出”其共振频率随此频率振动，事实上一个系统会将其它频率过滤掉。 2科学理论 振荡强度是振幅的平方。物理学家一般称这个公式为洛伦兹分布，它在许多有关共振的物理系统中出现。也是一个与振荡器的阻尼有关的系数。阻尼高的系统一般来说有比较宽的共振频率带。 系统受外界激励，作强迫振动时，若外界激励的频率接近于系统频率时，强迫振动的振幅可能达到非常大的值，这种现象叫共振。一个系统有无数个固有频率，我们常研究低范围的系统频率。 3现实应用 电台通过天线发射出短波/长波信号，收音机通过将天线频率调至和电台电波信号相同频率来引起共振。将电台信号放大，以接受电台的信号。电波信号通过天线向空中发射信号，短波通过云层发射，长波通过直接向地球表面发射。收音机的天线将共振磁环的频率调节至和电台电波信号相同时就会产生共振，电波信号将被放大，然后天线将放大后的信号经过过滤后传至喇叭发声。 4主要影响 4.1直升机 当直升机在地面工作时(或滑跑时)受到外界振动后，旋翼桨叶运动偏离平稳位置，如旋翼以后退型摆振运动，这时桨叶重心偏离旋转中心，旋翼重心的离心激振力，激起机身在起落架上的振动；机身振动

-MRI成像技术(1)

第七讲-MRI成像技术（1） 1 MRI成像系统简介 ●1.1M R I影像设备发展概况 ●磁共振成像技术是在磁共振波谱学的基础上发展起来的。磁共振成像自出现以来曾被 称为：核磁共振成像、自旋体层成像、核磁共振体层成像、核磁共振C T等。 ●1945年由美国加州斯坦福大学的布洛克（B l o c h）和麻省哈佛大学的普塞尔（P u r c e l l） 教授同时发现了磁共振的物理现象，即处在某一静磁场中的原子核受到相应频率的电磁波作用时，在它们的核能级之间发生共振跃迁现象。因此两位教授共同获得1952年诺贝尔物理学奖。 ●F o r p e r s o n a l u s e o n l y i n s t u d y a n d r e s e a r c h;n o t f o r c o m m e r c i a l u s e ● ●磁共振的物理现象被发现以后，很快形成一门新兴的医学影像学科—磁共振波谱学。 ●1971年纽约州立大学的达曼迪恩（Damadian）教授在《科学》杂志上发表了题为“核 磁共振（NMR）信号可检测疾病”和“癌组织中氢的T1时间延长”等论文， ●1973年曼斯菲德(Mansfields)研制出脉冲梯度法选择成像断层。 ●1974年英国科学家研制成功组织内磁共振光谱仪。 ●1975年恩斯托（Ernst）研制出相位编码成像方法。 ●1976年，得到了第一张人体MR图像（活体手指）。 ●1977年磁共振成像技术进入体层摄影实验阶段。 ●几十年期间，有关磁共振的研究曾在三个领域（物理、化学、生理学或医学）内获得了 六次诺贝尔奖。(2003年10月6日，瑞典卡罗林斯卡医学院宣布，2003年诺贝尔生理学或医学奖授予美国化学家保罗·劳特布尔（Paul C. Lauterbur）和英国物理学家彼得·曼斯菲尔德（Peter Mansfield），以表彰他们在医学诊断和研究领域内所使用的核磁共振成像技术领域的突破性成就。) 雷蒙德·达马蒂安的“用于癌组织检测的设备和方法” 幻灯片7 1.2 MRI影像设备功能 现代磁共振成像系统大体结构都很相似，基本上由四个系统组成：即磁体系统、梯度磁场系统、射频系统和计算机系统。 ●1．磁体系统 ●磁体系统是磁共振成像系统最重要、成本最高的部件，是磁共振系统中最强大的磁场， 平时我们评论磁共振设备的大小就是指静磁场的场强数值，单位用特斯拉（Tesla，简称T,垂直于磁场方向的1米长的导线，通过1安培的电流，受到磁场的作用力为1牛顿时，通电导线所在处的磁感应强度就是1特斯拉。）或高斯（Gauss）表示，1T=1万高斯。 ●临床上磁共振成像要求磁场强度在0.05～3T范围内。一般将≤0.3T称为低场，0.3T～ 1.0T称为中场，＞1.0T称为高场。磁场强度越高，信噪比越高，图像质量越好。但磁 场强度过高也带来一些不利的因素。 ●为了获得不同场强的磁体，生产厂商制造出了不同类型的磁体，常见的磁体有永久磁 体、常导磁体和超导磁体。

对单摆演示共振现象的研究

对单摆演示共振现象的研究 （福建省莆田六中 施建军） 高中物理课本用单摆来演示共振现象，简单易行，充分利用好该装置让学生观察现象，讲解好产生现象的原因，可使学生更深刻地认识共振现象，更可激发学生的学习热情，养成科学的观察与思考问题的习惯。但这一实验往往不被重视，没有达到其应有的演示效果。本文试从以下几方面对该演示作分析，阐述。 如图一，实验前可引导学生观察： 1．观察共振现象，说明单摆的共振条件。 2．观察共振的 B 、D 小球的相位关系。 3．观察共振的 B 、D 小球的振幅变化。 以下从力和能两方面来认识共振现象。（D 摆提供策动力） 1．B 小球生的振幅最大，即产生共振。说明当两个摆的摆长相等时（即 固有周期与策动力周期相等），产生共振现象。 2．当D 摆通过绳OO /策动B 摆时，D 摆的振动比B 摆的振动超前л/2。 由于D 摆的运动超前B 摆л/2，故力对B 摆始终做正功，这样B 摆的振幅 越来越大，同时D 摆由于对做功而自身的能量（机械能）越来越小，振幅 越来越小，直至停止振动，而后B 摆反过来对 D 摆提供策动力 ，这样D 摆的振幅又逐渐增大，而B 摆的振幅开始减小。如此往复，最终因空气阻 力而停止运动。这也正说明了矛盾双方是可以相互转换的。 3．而其它各摆(A 、C 、E 摆)跟B 摆不同，因它们的固有周期与 D 摆不 同，D 摆对它们所施加的力一会儿使它们加速（做正功），一会儿使它们减速（做负功）。或者说，策动力的变化与运动情况不合拍，步调不一致，从而无法形成共振。 4．为使B 、D 摆相位、振幅关系更便于观察，可采用图二，撤去其它 摆球，只留下B 、D 摆。这样现象更明显。 2001年9月10日 / /

核磁共振成像技术原理及国内外发展

核磁共振成像技术原理及国内外发展 核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance Imaging?，简称NMRI?），又称自旋成像（spin imaging?），也称磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging?，简称MRI?），是利用核磁共振（nuclear magnetic resonnance?，简称NMR?）原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的结构图像。 将这种技术用于人体内部结构的成像，就产生出一种革命性的医学诊断工具。快速变化的梯度磁场的应用，大大加快了核磁共振成像的速度，使该技术在临床诊断、科学研究的应用成为现实，极大地推动了医学、神经生理学和认知神经科学的迅速发展。 核磁共振成像是随着计算机技术、电子电路技术、超导体技术的发展而迅速发展起来的一种生物磁学核自旋成像技术。它是利用磁场与射频脉冲使人体组织内进动的氢核（即H+）发生章动产生射频信号，经计算机处理而成像的。原子核在进动中，吸收与原子核进动频率相同的射频脉冲，即外加交变磁场的频率等于拉莫频率，原子核就发生共振吸收，去掉射频脉冲之后，原子核磁矩又把所吸收的能量中的一部分以电磁波的形式发射出来，称为共振发射。共振吸收和共振发射的过程叫做“核磁共振”。核磁共振成像的“核”指的是氢原子核，因为人体的约70%是由水组成的，MRI即依赖水中氢原子。当把物体放置在磁场中，用适当的电磁波照射它，使之共振，然后分析它释放的电磁波，就可以得知构成这一物体的原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的精确立体图像。通过一个磁共振成像扫描人类大脑获得的一个连续切片的动画，由头顶开始，一直到基部。 核磁共振成像是随着电脑技术、电子电路技术、超导体技术的发展而迅速发

磁共振功能成像

一、更优秀的图像质量，探测小病灶能力增强 3.0T磁共振首先会带来图像信噪比的提升，从而获得更加清晰锐利的磁共振影像，对临床疾病的诊断与治疗具有重要意义。同时，随着图像分辨率的提高，也意味着能够显示更加微小的病变，从而对疾病的早期发现做出贡献。 二、更快速的成像速度，承载更大的病人量 3.0T磁共振配备西门子Tim 4G和Dot技术的MAGNETOM skyra，可以帮助实现每日超过30%的工作量增加。如果结合并行采集技术，采集速度将会有更大的提升。这使得一些在1.5T磁共振上难以实现的扫描成为可能（如腹部多期动态增强扫描）。同时，扫描速度的提升也意味着可以承受更大的病人量。 三、更强大的设备性能，为临床与科研助力 3.0T磁共振系统具有更强大的磁场稳定性，更高效的数据传输能力，更高的梯度磁场，更快的磁场切换率，集合多通道线圈采集技术，可以提供更丰富的临床与科研检查项目。 四、神经系统成像的巨大优势 由于信噪比和扫描速度的增加，使得磁共振在神经系统成像上的优势被更加放大。除了常规扫描序列图像质量与信噪比的提升，更稳定的磁场均匀度使得在弥散加权成像（DWI）中，可以设置更高的b值，同时获得更高质量的图像。此外，也使更多的神经系统成像技术在临床与科研中成为可能，如： 1.弥散张量成像（DTI）：可以获得活体状态下的脑白质纤维束走行影像，揭示脑肿瘤等病灶与脑白质纤维走行的关系，也可以用于神经外科手术的术前定位，增加手术的成功率与后期预后效果。 2.脑灌注成像（PWI）：通过静脉快速团注造影剂，超快速采集血液流通数据，绘制时间信号强度曲线，分析脑组织的灌注情况，可正确判断早期脑缺血的程度及可逆性。还可用于脑血管病（烟雾病）、脑肿瘤的辅助诊断。 3.磁共振头波谱成像（CSI）：由于正常与病变脑组织在代谢过程中的产物不同，利用化学位移成像技术，分析组织代谢产物峰值，预测病变的良恶性。亦在前列腺及乳腺的临床检查及科研中应用。 4.磁敏感成像（SWI）：清晰显示颅内微静脉、微出血及微钙化，用于脑血管畸形、微血管病变等疾病的协助诊断。 5.脑组织血氧水平依赖成像（BOLD）：磁共振功能成像（FMRI）可以揭露大脑皮质与代谢之间的关系，使脑功能成像的许多研究成为可能，在这方面的研究目前3.0T占有绝对优势。 五、真正的腹部多期动态增强扫描