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1、陜西師范大學(xué)碩士學(xué)位論文超聲聚焦相控陣的研究姓名：李錦申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：聲學(xué)指導(dǎo)教師：林書玉2003.4.1超聲聚焦相控陣的研究李錦摘要近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，超聲相控陣己廣泛的應(yīng)用在醫(yī)學(xué)、無損檢測等方面，所謂相控陣，就是由多個壓電陶瓷片(陣元)按一定的分布排列，然后逐次按欲先規(guī)定的延遲時間激發(fā)，就可以實現(xiàn)聲波的聚焦。實際制做時，可以直接從一塊壓電陶瓷板上進行分割或切除。相控陣可分為線性陣，平面陣(2D陣)，圓環(huán)陣等。最早的線性陣，為了分析計算方便，相控陣是由若干個點源均勻分布在同一直線上構(gòu)成的。這種方法雖然計
2、算方便，但實際很難實現(xiàn)，真正的振元總是有一定的尺寸，這種方法忽略了陣元的尺寸對聚焦效果的影響，后來，另--}ve線性陣的模型被提出，即認為單個陣元具有一定寬度口，長度三為無限長，或者說a遠小于上，這種模型忽略了陣元長度上對聲波聚焦效果的影響。平面陣的陣元是由具有一定寬度，一定長度的矩形構(gòu)成的。該陣可望在未來診斷超聲技術(shù)中提高成像質(zhì)量。本文推出了平面陣的空間聲壓分布表達式，并研究了平面陣的幾何尺寸對聲波聚焦效果的影響，為相控陣的進一步研究提供了理論依據(jù)。平面陣可以在三維空間內(nèi)任意點實現(xiàn)聚焦，如果只需要沿一條直線實現(xiàn)點聚焦，那我
3、們可以采用由同心圓環(huán)活塞換能器構(gòu)成的聚焦相控陣，本文對該陣也進行了推導(dǎo)和研究：艙文的主要內(nèi)容如下：一、矩形活塞相控陣：1．利用瑞利積分推出了單個矩形活塞換能器的遠場聲壓表達式。畫出了聲壓分枷圖，并就單個矩形活塞的指向性進行了研究，畫出了指向性圖。2．根據(jù)相控陣的延時聚焦原理，推出了相控陣的聲壓分布表達式，采用數(shù)值分析法，利用計算機軟件畫出了聲壓分布圖。3．研究了相控陣的幾何尺寸對聲波聚焦效果的影響，并設(shè)計了相控陣的合理尺寸。4．研究了相控陣的聲波在遠場的傳播。二二、同心圓環(huán)活塞相控陣：1．利用瑞利積分推出了單個圓環(huán)活塞換能器
4、的遠場聲壓表達式。畫出了聲壓分布圖，并對其指向性進行了研究，畫出了指向性圖。2．研究了單個圓環(huán)的近聲場指向性。3根據(jù)相控陣的延時聚焦原理，推出了相控陣的聲壓分布表達式，采用數(shù)值分析法，利用計算機軟件畫出了聲壓分布圖。三、電路設(shè)計1．?dāng)?shù)字控制多通道信號發(fā)射系統(tǒng)簡介。2數(shù)字系統(tǒng)的產(chǎn)生與編程實現(xiàn)。?，3相控陣換能器的測量接收系統(tǒng)。，關(guān)鍵詞：矩形活塞換能器圓環(huán)活塞換能器相控陣指向性聚焦IIStudyonultrasonicfocusingphasedarrayLiJinAbstract：Inrecentseveraldecades，
5、ultrasonicphasedarrayshadbeenappliedtomanymedicalspecialtiesandnondestructiveevaluation(NDE)．AnultrasonicphasedarrayconsistsofmultipleelementswhichareusuallycutoretchedfromasinglepiezoelectricplateofLeadZirconatcTitinate(PZT)．Theelementthicknessdeterminestheoperati
6、ngfrequencyofthetransducer。Anothermaterialfrequentlyusedispolyvi矗ylindenefluoride(PVDF)，whichisapolymerbeingabletoexhibitpiezoelectricpropertiesTheelementsareindividuallyexcitedatpredeterminedtimedelaystOdynamicallysteerorfoCHStheacousticalwavefronts．Thesteeringand
7、focusingcharacteristicsofanarrayisdeterminedbyitsgeometricparameters．Inanalyzingthecharacteristics，phasedarraysatfirstareconsideredasanarrayofsimplepointsourcesarrangedintheazimuthalplane．Thisapproachismathematicallyeasiertodealwith，yetitgivesthesamedirectivityinth
8、eazmuthalplane．Howeveranactualarrayalwayshavefinitedimensions．Secondthemodelofarraywasconsideredtohaveelementsoffinitewidthandinfinitelylargeelev
