超声换能器声匹配层设计方法及其声学特性研究

发布时间：2021-11-01 08:46

　　压电超声换能器是一种能量转换器件，可将电声信号互相转换。匹配层作为医用超声换能器的重要组成部分，能实现声阻抗匹配或过渡，使人体组织与压电晶片之间的声能透过率和灵敏度大幅度提高，在减小失真的同时可以展宽换能器的带宽。对于一个给定的频率，匹配层的厚度应该为/4，且其声阻抗为压电材料与人体组织声阻抗乘积的几何平均值。因为复合材料能满足匹配层的声阻抗要求，所以本文选用复合材料制备匹配层，分别以粒径为2.5μm和10μm的氧化铝粉末、粒径约为30μm的铜粉、粒径约为10μm的钨粉作为填料，环氧树脂E51、胺类固化剂W93、芳香胺类固化剂DEDDM作为基体，制备了一系列声阻抗不同的复合材料声匹配层。并采用超声波频谱法，研究了温度、厚度、粒径、固化剂种类、填料种类对匹配层样品声学特性的影响。使用了浇铸法和刮刀法两种制备工艺制备匹配层样品。对测试结果进行分析，证实了不同粒径、固化剂和填料制备出的匹配层样品的密度和声阻抗的变化规律一致，当填料体积分数增加时样品密度和声阻抗也随之增加，并且与体积分数成线性正比。粒径大小对声阻抗影响不大。固化剂对样品声阻抗有影响。密度大的填料制备出的样品声阻抗较大。粒径、固... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景
        1.1.1 超声换能器概述
        1.1.2 压电效应及压电振子的振动模式
        1.1.3 压电材料及压电复合材料
    1.2 超声换能器匹配
        1.2.1 超声换能器结构
        1.2.2 单层平界面上超声波的透射及反射
        1.2.3 换能器对匹配层的要求
        1.2.4 匹配层材料的选择与设计制做
    1.3 国内外研究的现状及分析
        1.3.1 国外现状及分析
        1.3.2 国内现状及分析
        1.3.3 国内外相关论文综述的简要分析
    1.4 本文研究的主要内容和意义
第2章 匹配层声阻抗及声衰减的测试
    2.1 引言
    2.2 声阻抗与声阻抗率
    2.3 常用的声速测量方法
        2.3.1 传统脉冲回波法
        2.3.2 传统超声波频谱法
        2.3.3 适合超薄试样的超声波频谱法
    2.4 匹配层材料的声衰减
        2.4.1 声衰减与吸收
        2.4.2 声衰减的测量方法
    2.5 本章小结
第3章 声匹配层的制备及其声学特性研究
    3.1 引言
    3.2 声匹配层样品的制备
    3.3 声匹配层样品断面形貌
    3.4 声匹配层样品声学特性
        3.4.1 匹配层样品密度的测定
        3.4.2 声速和声衰减的测试方法
        3.4.3 匹配层样品声速和声衰减测试结果
        3.4.4 匹配层样品声阻抗
    3.5 声匹配层样品测试结果分析
        3.5.1 加热温度对样品声阻抗的影响
        3.5.2 厚度对脉冲回波法声速的影响
        3.5.3 粒径对样品制备及声学特性的影响
        3.5.4 固化剂对样品的制备及声学特性的影响
        3.5.5 填料种类对样品的制备及声学特性的影响
    3.6 本章小结
第4章 刮刀法制备声匹配层及其声阻抗和声衰减
    4.1 引言
    4.2 刮刀法制备声匹配层
    4.3 声匹配层样品声学特性
        4.3.1 匹配层样品的密度
        4.3.2 匹配层样品的声阻抗和声衰减
    4.4 声匹配层样品测试结果分析
    4.5 声速和样品密度的关系
    4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]一种制作高阻抗背衬材料的新方法[J]. 吴锦川,蔡恒辉.  声学技术. 2008(02)
[2]国内外压电陶瓷的新进展及新应用[J]. 李晓娟,李全禄,谢妙霞,郝淑娟,杨贵考,周九茹,马晴.  硅酸盐通报. 2006(04)
[3]我国的声化学应尽快大力开展实用化工作[J]. 应崇福.  应用声学. 2005(05)
[4]宽频带水下导引系统的水声传感器设计[J]. 陈航,张允孟,李志舜.  探测与控制学报. 2002(01)
[5]水浸宽带聚焦超声探头的研制[J]. 赵雁,滕永平.  北方交通大学学报. 2001(06)
[6]10MHz短脉冲超声聚焦换能器的工艺及效果[J]. 诸国桢,杨勇,卢克安.  声学技术. 2001(03)
[7]具有阻抗匹配层的宽带纵向振动压电换能器设计[J]. 陈航,张允孟,李志舜.  应用声学. 2001(02)



本文编号：3469871