曲面超声换能器近声场指向性研究.pdf

《曲面超声换能器近声场指向性研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、第36卷第1期压电与声光Vol_36No．12014年ozflPIEZOELECTRICS＆ACOUST0OPTICSFeb．2014文章编号：1004-2474(2014)01—0085—04曲面超声换能器近声场指向性研究简平，苏晶，刘玉荣，姚若河(华南理工大学电子与信息学院，广东广州510640)摘要：通过结合物理声学原理推导出曲面结构及其等效动态相控阵列超声换能器所形成的近声场分布，并利用数学软件对超声近场声压进行近似数值仿真。通过分析比较各声场指向性的仿真结果表明，在给定的工作频率和介质条件下，对比于平面结构，二维半圆球壳的曲面压电晶片或等效相控阵元阵列

2、结构的超声换能器在近声场可实现高强度聚焦，同时近声场焦点处的横向／纵向分辨率都达到最佳，旁瓣／栅瓣抑制也达到最大。最后给出了在曲面阵列优化设计方面一些有价值的规律。关键词：近声场；声场指向性；横向／纵向分辨率；曲面超声换能器中图分类号：TP552文献标识码：AResearch0nNearFieldDirectivity0fCurved-SurfaceUltrasonicTransducerJIANPing，SUJing，LIUYurong，YAORuohe(TheSchoolofElectronic&InformationEngineering，SouthChi

3、naUniversityofTechnology，Guangzhou510640，China)Abstract：Thenearacousticfield，formingbytheultrasonictransducerofcurved—surfacestructureandthee—quivalentdynamicphasedarraystructure，wasdevelopedbythephysicalacousticsprinciple．Meanwhilethenumeralsimulationabouttheultrasonicnearfieldacous

4、ticpressurecouldbeobtainedbythemeansofthemathematicssoft—ware．Withthegivenoperatingfrequencyandmaterialproperties。comparingtheultrasonictransduceroftheplanestructure。theultrasonicwavesexcitedbytwo—dimensionalhalfsphereshellsurfacepiezoelectricwaferorequivalentphasedarraycouldstrongly

5、focusinthenear-acoustic—fieldwithhighestIateraI／verticaIresolutionandstrongestside-lobe／grating-lobesuppressionaccordingtothesimulationresultsofacousticfielddirectivity．Finallysomevaluabletechniquesaboutthecurved—surfacearrayoptimizationdesignweregiven．Keywords：nearacousticfield；soun

6、dfielddirectivity；1ateral／verticalresolution；curved—surfaceultrasonictrans—dudcer0引言束扩散无法形成很陡的焦距_4]和尖锐的指向角，从而导致超声诊断仪的横向分辨率难以提高；虽然可近年来，压电超声换能技术已广泛应用于无损通过采用更高超声频率进行改善，但其近声场距离探伤及成像检测等工业和医疗领域l_】]。超声探头的重要技术指标及成像的关键技术之一——声场波束反而越长，同时其衰减系数也越大。因此必须进一指向性一直是换能器设计人员的研究重点_2]，其优步加大超声探头的发射强度来保证远场区具

7、有足够劣性能决定超声波的传播方向和能量集中程度，影的能量密度，从而确保高频超声探测的清晰度和准响探测的分辨率和灵敏度。目前广泛应用的平面活确性，但这却不利于实现高频换能器的低功率化及塞式换能器，其单频连续波声轴线上的近声场能量高集成度；另外如果要实现对浅薄区域的探测，就必很强，但由于声波在近场形成复杂的干涉而使声压须外加合适厚度的试块以调整换能器的聚焦范围落幅度在轴向分布起伏变化，声束无法聚焦，所以不能在待检测区[5]，这严重影响探伤操作的灵活性和精对缺陷进行准确的定量[3]，因而成为超声诊断中的确度。死区而无法被利用，这就给超声检测带来了许多困为了可以充分利用

8、能量密度较高的近声场区实