激光在人类牙齿中激发超声的数值模拟(4)
传统的龋齿诊断方法有：使用口镜进行视觉诊断，牙科探针和X光片。视觉诊断室靠人眼借助反光镜来观察，这种方法分辨率低;使用牙科探针，有可能将初期龋齿病变层推入，造成窝洞;拍X光片虽然可以提高分辨率，但不易侦测出初期龋齿，而且X光对人体健康不利。较为有效的方法是借助电子仪器和激光仪器。电子仪器测量过程复杂，并不适合临床检测，因此激光仪器就成了唯一较为行之有效的工具。激光技术不仅在诊断上优于其他检测方法，而且方便易用，体积小，便于携带，是目前国际上牙科诊断技术的最新趋势。常用的有激光荧光龋齿检测仪和光感应荧光检测仪[22]。
利用激光超声技术可以有效地对牙齿隐裂进行检测,而对激光在牙齿上激发超声进行数值模拟时,我们将采用有限元方法来进行数值分析,有限元方法也是目前这方面实验研究中采用最多也是最合理的研究方法。
1.2.3 有限元模拟激光超声的方法和历史
由于激光超声波具有瞬态，宽频带和多种模态结构的特点，在无损检测领域得到越来越广泛的应用。但是由于实际材料的复杂性，以及超声波与材料微结构相互作用的复杂性，导致了超声信号的非平稳性，即超声信号强度同时受时间和频率的限制。超声信号的合理解释不仅能提高无损评价的质量.而且也是正确理解超声在村料中的产生和传播过程的基础。随着激光超声技术的不断发展，超声波与材料的相互作用的现象及规律吸引了众多学者的关注，但至今仍然没有一种理论可以涵盖整个激光超声无损检测的物理过程。Hiar基于有限差分法数值模拟了表面瑞利波中各种频率成分对应的反射和透射系数与表面缺陷深度的关系。Lni等采用有限元与边界积分法相结合的数值方法模拟了超声波在遇到表面及亚表面缺陷时产生的散射声场，并借助于数值模拟结果对弹性波在缺陷附近的模式转换过程提出了定性的描述。边界元法凭借其在处理大模型问题上的优势以及节省计算资源等特点在超声导波与表面缺陷的相互作用中也得到了广泛的应用。
有限元方法是建立在严密的数学理论基础上，具有能处理复杂的几何构形，对各种物理问题具有可应用性，以及适合计算机实现的高效性等特点。因而随着计算机技术的发展，激光超声检测的有限元研究方法受到国内外的学者的关注，M. Kass 用有限元方法研究了单层铜材料中激光激发的频率低于100 kHz 超声信号[23]。Lee 和Burger[24]提出了激光Lamb 波的有限元数值模型，研究了网格大小对温度场和应力场的影响，借助已有解析解的低阶模态的波形，数值模拟了这些低阶模态的波。他们的工作中既没有讨论Lamb 波的色散特性，也没有讨论激光输入参数、输出参数和超声波形特征参数之间的定量关系。但是说明了热弹性方程的有限元数值模型的可行性和有效性。国内学者Xu等[25,26]采用有限元法模拟出了脉冲激光作用于铝板表面在表层附近的有限区域产生的瞬态温度场，并将温度场作为结构弹性的分析的载荷计算出了单层及双层材料中的超声脉冲信号。
利用有限元方法开展激光超声传播研究是近年来迅速发展起来的数值技术，它不仅能够灵活处理各向同性及各向异性材料等复杂的结构中波的传播问题，对复杂媒质和结构的声场分布做模拟，还能利用有限元模型处理物理参数随环境变化的影响等，如：热扩散过程，光学穿透和材料参数随温度变化的实际情况，并能够得到全场数值解，对结构上某点的位移波形作比较精确的描述。
1.3 本文的主要工作
通过查阅激光超声技术和牙齿隐裂检测技术方面相关文献，确定了激光超声技术在牙齿裂纹检测方面的应用。本文主要回顾了激光超声技术的研究和发展，牙齿隐裂的产生和检测手段，确定了利用激光超声来检测牙齿隐裂的方向。本文的主要工作有：
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