基于横向场激励的高频压电超声换能器.pdf

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1、第23卷第4期传感技术学报V0l_23No．42010年4月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSApr．2010HighFrequencyPiezoelectricUltrasonicTransducersBasedonLateralFieldExcitationZHANGZhitian，ZHANGChao，FENGGuanping，，1．DepartmentofPrecisionInstrumentsandMechanology，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China．、l2．ResearchIn

2、stituteofTsinghuaUnive~ityinShenzhen，Shenzhen518057，China，Abstract：Thispaperpresentsthedesign．analysisandfabricationofLateralFieldExcitedPiezoelectricUltrasonictransducers．TheLateralfieldexcitationcouplingfactorsofthreedifferentkindsofpiezoelectricmaterials(LiNbO3，LjTla0．PMN-33PT)fora-mo

3、dehavebeencalculatedwiththeExtendedChristoffel—Bechmannmethod．ItwasfoundthatLiNbO3hadthemaximumpiezoelectriccouplingfactorof28％．TheX-cutLiNbO3，whichhadthemaximumpi-ezoelectriccouplingfactor．waschosenforthedesignofalateralfieldexcitedultrasonictransducer．Thecenterfre—quencyandbandwidthoft

4、heultrasonictransducerwastestedusingthetraditionalPulse—EchoMethod．Theresultsshowedthatthecenterfrequencyofthis1ateralfieldexcitedultrasonictransducerwas34MHzandthe一6dBband．widthwas14．4％．Boththeoreticalandexperimentalworkshaddemonstratedthatlateralfieldexcitationdevicecouldbeusedforthede

5、signofhighfrequencyultrasonictransducers．Keywords：highfrequencyultrasonictransducer；lateralfieldexcitation；pulse—echomethod；lithiumniobateEEACC：2860A；2860C；7230G基于横向场激励的高频压电超声换能器木张志甜，张超，冯冠平，1．清华大学精密仪器与机械学系，北京100084；、＼2．深圳清华大学研究院，深圳518057／摘要：介绍了一种基于横向场激励模式的高频压电超声换能器及其设计、分析和制作过程。采用扩展的Chris

6、tofel—Beeh．mann方法对LiNbO、LiTaO和PMN一33PT三种不同压电材料的a模式横向场压电耦合系数进行了计算，发现这三种材料中LiNbO具有最大的LFEa模式压电耦合系数，为28％。采用具有最大压电耦合系数的x切LiNbO，设计并制作了基于横向场激励的高频超声换能器，并采用传统的Pulse．Echo方法测试了该超声换能器的中心频率和带宽。实验测得该LFE高频超声换能器的中心频率为34MHz，一6dB带宽为14．4％。从理论和实验上证明了横向场激励模式可以应用于高频超声换能器。关键词：高频压电超声换能器；横向场激励；Pulse—Echo方法；铌酸锂；中

7、图分类号：TB552文献标识码：A文章编号：1004—1699(2010)04—0461—04广泛应用于医学成像、无损检测、水下探测等领15MHz以下。随着生物医学和临床医学的发展，超域的压电超声换能器大都工作在厚度场激励模式。声医学成像诊断和分子生物学检测中需要获得更高厚度场(ThicknessFieldExcitation，TFE)激励模式分辨率的图像，传统超声成像设备已无法满足要求，中，激励电场的方向与压电材料基板的厚度方向相而采用高频超声换能器是提高超声成像设备成像分同，因此，以前所研究的压电超声换能器通常在压电辨率关键和有效的方