医用50MHz超声换能器材料厚度影响仿真研究.pdf

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1、第36卷第2期压电与声光VoL36No．22014年O4月PIEZOEIECTRICS8LACOUST0CIPTICSApr．2014文章编号：1004—2474(2014)02—0205—05医用50MHz超声换能器材料厚度影响仿真研究李章剑。’，邵维维，崔崤蛲，韩志乐(1．中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，江苏苏州215163；2．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春吉林1300333．中国科学院大学大珩学院，北京100049)摘要：通过有限元分析法对高频超声换能器各组成部分的厚度影响进行了系统分析。创建了

2、一个合理的有限元模型，通过仿真得到了不同条件下的声场特性与振动特性。结果表明，匹配层可改善声波透射的穿透特性并对导纳曲线变化有较大影响，引入了另一个共振频率；且厚40m的压电振片的最优匹配层厚度是13．5m。背衬层的厚度效应分析结果证明背衬层可改善声场的特性，一定程度上改善了导纳曲线，但背衬层的厚度变化对声场的影响较小。关键词：高频超声换能器；厚度影响；仿真中图分类号：TN389；TH77文献标识码：ASimulationStudyontheEffectofThicknessfor50MHzMedicalUltrasoun

3、dTransducerLIZhangjian'～，SHAoWeiwei，CUIYaoyao，HANZhile(1．SuzhouInstituteofBiomedicalEngineeringandTechnology，ChineseAcademyofSciences，Suzhou215163，China；2．ChangchunInstituteofOptics，FineMechanicsandPhysics，ChineseAcademyofSciences，Changchun130033，China；3．DahengCol

4、lege，UniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing100049，China)Abstract：Inthispaper，theeffectofthicknessofeachcomponentfor5OMHzultrasoundtransducerwasinves—tigatedbasedonthefiniteelementmodel(FEM)．Areasonablefiniteelementmodelhasbeenestablished，andthesoundfieldsand

5、vibrationcharacteristicsindifferentconditionshavebeenobtainedbysimulation．Theresultsshowthataddingamatchlayercanimprovethesoundpenetrationtransmissionandhasgreatinfluenceontheadmittancecurveonwhichanotherresonantfrequencyappears；andtheoptimumthicknessofmatchlayeri

6、s13．5“mfor40／xmpiezoelectricdisc．Theanalysisofeffectofthicknessofbackinglayershowsthatitcanimprovethesoundfieldchar—acteristicandtheadmittancecurveatsomeextent．butthechangeofitsthicknesshassmallinfluenceonthesoundfield．Keywords：highfrequencyultrasoundtransducer；ef

7、fectofthickness；simulation0引言用于吸收压电振片向后传播的声波，减少其对声波的反射，使换能器成为单向辐射的超声源。尽管电超声换能器是医学超声设备的关键部件，其特性直接影响甚至限制整个系统的性能。高频超声换极是非常重要的构成部分，由于其对于换能器的振能器是工作在较高频率的超声换能器，在心血管疾动和声场影响小，在有限元仿真模型中可忽略。病诊断及眼科诊疗上应用广泛，其成像的清晰度接一个中心频率为50MHz的医用超声换能器的近于组织切片，可获得高分辨率的高质量图像，为疾设计和制作过程复杂，因此需对其进行仿

8、真研究。病的诊断提供有价值的信息。本文针对换能器各个部分材料厚度对其声学特性的一个超声换能器主要包括压电振片、匹配层、背影响进行系列仿真，从而为医用高频超声换能器的衬层和电极『14部分。压电振片由压电材料构成，设计与制造提供有价值的信息。具有机电转化能力，是一个可逆的机电换能系统，是1实验与方法超声换能