超声聚焦相控阵的研究

《超声聚焦相控阵的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、陕西师范大学硕士学位论文超声聚焦相控阵的研究姓名：李锦申请学位级别：硕士专业：声学指导教师：林书玉2003.4.1超声聚焦相控阵的研究李锦摘要近年来，随着科学技术的飞速发展，超声相控阵己广泛的应用在医学、无损检测等方面，所谓相控阵，就是由多个压电陶瓷片(阵元)按一定的分布排列，然后逐次按欲先规定的延迟时间激发，就可以实现声波的聚焦。实际制做时，可以直接从一块压电陶瓷板上进行分割或切除。相控阵可分为线性阵，平面阵(2D阵)，圆环阵等。最早的线性阵，为了分析计算方便，相控阵是由若干个点源均匀分布在同一直线上构成的。这种方法虽然计

2、算方便，但实际很难实现，真正的振元总是有一定的尺寸，这种方法忽略了阵元的尺寸对聚焦效果的影响，后来，另--}ve线性阵的模型被提出，即认为单个阵元具有一定宽度口，长度三为无限长，或者说a远小于上，这种模型忽略了阵元长度上对声波聚焦效果的影响。平面阵的阵元是由具有一定宽度，一定长度的矩形构成的。该阵可望在未来诊断超声技术中提高成像质量。本文推出了平面阵的空间声压分布表达式，并研究了平面阵的几何尺寸对声波聚焦效果的影响，为相控阵的进一步研究提供了理论依据。平面阵可以在三维空间内任意点实现聚焦，如果只需要沿一条直线实现点聚焦，那我

3、们可以采用由同心圆环活塞换能器构成的聚焦相控阵，本文对该阵也进行了推导和研究：舱文的主要内容如下：一、矩形活塞相控阵：1．利用瑞利积分推出了单个矩形活塞换能器的远场声压表达式。画出了声压分枷图，并就单个矩形活塞的指向性进行了研究，画出了指向性图。2．根据相控阵的延时聚焦原理，推出了相控阵的声压分布表达式，采用数值分析法，利用计算机软件画出了声压分布图。3．研究了相控阵的几何尺寸对声波聚焦效果的影响，并设计了相控阵的合理尺寸。4．研究了相控阵的声波在远场的传播。二二、同心圆环活塞相控阵：1．利用瑞利积分推出了单个圆环活塞换能器

4、的远场声压表达式。画出了声压分布图，并对其指向性进行了研究，画出了指向性图。2．研究了单个圆环的近声场指向性。3根据相控阵的延时聚焦原理，推出了相控阵的声压分布表达式，采用数值分析法，利用计算机软件画出了声压分布图。三、电路设计1．数字控制多通道信号发射系统简介。2数字系统的产生与编程实现。⋯，3相控阵换能器的测量接收系统。，关键词：矩形活塞换能器圆环活塞换能器相控阵指向性聚焦IIStudyonultrasonicfocusingphasedarrayLiJinAbstract：Inrecentseveraldecades，

5、ultrasonicphasedarrayshadbeenappliedtomanymedicalspecialtiesandnondestructiveevaluation(NDE)．AnultrasonicphasedarrayconsistsofmultipleelementswhichareusuallycutoretchedfromasinglepiezoelectricplateofLeadZirconatcTitinate(PZT)．Theelementthicknessdeterminestheoperati

6、ngfrequencyofthetransducer。Anothermaterialfrequentlyusedispolyvi矗ylindenefluoride(PVDF)，whichisapolymerbeingabletoexhibitpiezoelectricpropertiesTheelementsareindividuallyexcitedatpredeterminedtimedelaystOdynamicallysteerorfoCHStheacousticalwavefronts．Thesteeringand

7、focusingcharacteristicsofanarrayisdeterminedbyitsgeometricparameters．Inanalyzingthecharacteristics，phasedarraysatfirstareconsideredasanarrayofsimplepointsourcesarrangedintheazimuthalplane．Thisapproachismathematicallyeasiertodealwith，yetitgivesthesamedirectivityinth

8、eazmuthalplane．Howeveranactualarrayalwayshavefinitedimensions．Secondthemodelofarraywasconsideredtohaveelementsoffinitewidthandinfinitelylargeelev