毫瓦级标准压电超声换能器的研制与性能测试.pdf

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1、AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterDevelopmentandPerformanceTestingofMilliwatts—LeversStandardPiezoelectricUltrasonicTransducerByLeleJingSupervisor：Prof．YtmpengLvProf．胎iminZhuTestMeasurementTechnologyandInstrumentsSchoolofPhysicsandEngineeringMay,2014原创性声明本人郑重声明：所呈交的学

2、位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：抖瓦m日期：弘J湃5月fJ日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以讲本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他

3、复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：{}觅砰、日期：州印年6月，f13摘要在超声诊断和治疗中，由于超声功率过大可能引起人体细胞破坏性形变的空化效应，超声诊断安全性逐渐成为医用超声的重要问题。在我国，计量部门主要采用毫瓦级或者瓦级超声功率计来检测各种医用超声设备的输出功率，而超声功率计则需要通过上一级计量部门进行定期检定或校准，可见，超声量值传递的准确性为超声技术使用的可靠性提供了保障。本文从压电超声换能器的工作原理出发，理论上分析了铌酸

4、锂单晶材料的压电机理，压电振子的振动模式和压电方程，并由压电方程推导出压电换能器在厚度伸缩振动模式下的机电等效电路；在压电材料的选择方面，研究了铌酸锂单晶不同切割方向的振动特性和机电耦合系数，确定压电晶片的最佳切型及振动模式；在压电振子的设计方面，合理设计振子厚度与直径的尺寸比例，并用溅射法在压电振子表面镀上金层电极薄膜；在换能器的制作方面，从换能器整体装配和电极焊接角度出发，设计了超声换能器的外壳，有效地降低了装配难度。本文严格遵循“毫瓦级超声功率计检定规程”的要求，研制了标称频率为5姗Z的标准超声换能器。’铌酸锂压电超声换能器的性能测试主要包括两部分，分别为声场特性测试

5、和超声输出功率的标定。声场特性测试原理为水听器法，本文设计了确定换能器工作频率的实验，并测试了其在工作频率下的声场空间分布特性。按照毫瓦级标准超声源的标定要求，在毫瓦级国家基准装置上，采用辐射力天平法测量所研制的超声换能器的输出功率，并对实验结果进行了不确定度评定。实验结果表明，所研制的换能器满足“毫瓦级标准超声源”的要求，达到了预期设计指标，一定程度上克服了标准石英晶体超声换能器的缺点。关键词：超声换能器；铌酸锂；计量；声场：输出功率AbstractIntheultrasonicdiagnosisandtreatment，largeultrasonicpowermayle

6、adtothedestructivedeformationandcavitationeffectofhumancells．Sothesafetyofmedicalultrasonicinstrumentshasgraduallybeenacriticalissueofthisfield．InChina，themetrologicalservicetoallkindsofultrasonicinstrumentsismainlydonebymeasuringtheiroutputpowerutilizingultrasonicpowermeteratwattsormilliw

7、attslevel，andtheultrasonicpowermeteristestedandcalibratedregularlybythesuperiormeasuringdepartment．Therefore，theaccuracyofultrasoundquantitytransmissionprovidesguaranteeforthereliabilityoftheultrasonictechnologyapplication．Inthispaper,thevibrationmodelandpiezo