本文關(guān)鍵詞：高頻聚焦超聲換能器研制

  更多相關(guān)文章： 高頻 超聲換能器 聚焦 1-3型壓電復(fù)合材料 空間分辨率

【摘要】：醫(yī)用超聲換能器是整個超聲成像系統(tǒng)的核心部件,其性能直接影響超聲成像系統(tǒng)的圖像質(zhì)量。隨著壓電材料的發(fā)展,制作工藝的改進,計算機處理能力的提高,用于超聲診斷的超聲波頻率也越來越高。高頻超聲換能器(中心頻率20MHz),尤其是高頻聚焦超聲換能器可以改善目標區(qū)域的成像分辨率,在超聲生物顯微鏡(Ultrasonic Biological Microscope,UBM),光聲成像(Photoacoustic Imaging,PAI),血管內(nèi)超聲成像(Intravascular Ultrasound,IVUS)以及小動物實驗等領(lǐng)域,具有廣闊的應(yīng)用前景。本文利用PZT/Epoxy制備的高性能1-3型壓電復(fù)合材料,通過對壓電復(fù)合材料進行球面和柱面的塑形,成功研制了球面點聚焦和柱面線聚焦型超聲換能器,主要工作包括以下幾個方面:(1)對超聲換能器基本結(jié)構(gòu),各組件的材料及其特性進行分析以及分類研究,重點分析并研究了適合制作高頻聚焦超聲換能器的壓電材料。結(jié)果表明,1-3型壓電復(fù)合材料相比于單一相壓電材料以其較高的厚度方向機電耦合系數(shù)、較低的聲阻抗、相對較低的橫向機電耦合系數(shù)、低介電常數(shù)、低機械品質(zhì)因數(shù)、以及較好的柔韌性和可控性等性能而比較適合應(yīng)用在高頻聚焦超聲換能器當中作為壓電材料。(2)通過對W.A Smith等建立的1-3型壓電復(fù)合材料的力學(xué)-聲學(xué)特性理論模型進行仿真研究,得出壓電相材料對1-3復(fù)合材料厚度振動機電耦合系數(shù),聲速,介電常數(shù)以及聲阻抗等性能的影響。結(jié)果表明,當1-3型壓電復(fù)合材料壓電相材料的體積分數(shù)在30%~80%之變化時,復(fù)合材料機電耦合系數(shù)幾乎為單一相壓電陶瓷(一般為壓電陶瓷)的1.5倍;介電常數(shù)隨著壓電陶瓷相的體積分數(shù)的增加而基本呈線性增加趨勢;并且1-3型壓電復(fù)合材料的聲速隨著壓電相體積分數(shù)的增大而增大,增長趨勢可為三段,其中在壓電相體積分數(shù)小于30%時,隨著壓電相材料體積分數(shù)的增大,聲速增長較快,當壓電相體積分數(shù)介于30%~80%之間時,聲速基本呈線性增長,當體積分數(shù)超過80%以后增長趨勢重新增大。(3)通過Devaney-Levinc理論模型從理論仿真以及實驗驗證兩方面研究了給聲匹配材料RTV 615硅橡膠中摻雜不同體積分數(shù)的氧化鋁細顆粒對其聲速、聲衰減、聲阻抗等特性的影響和改變,對高頻聚焦超聲換能器的研制提供參考。(4)制備點聚焦和線聚焦兩種不同自聚焦形式的自聚焦高頻超聲換能器,中心頻率在50MHz附近,并對其時域波形以及聲場特性進行了測試分析。經(jīng)過測試,兩種聚焦超聲換能器,均具有較好的聚焦特性(聚焦深度10mm)以及空間分辨率(橫向和縱向的分辨率均小于200um)。對于目前醫(yī)用超聲在介入式診斷,淺表組織細微結(jié)構(gòu)分辨,小動物實驗以及光聲成像等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要的參考價值。
【關(guān)鍵詞】：高頻 超聲換能器 聚焦 1-3型壓電復(fù)合材料 空間分辨率
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB552
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-25
• 1.1 課題研究背景及意義11-12
• 1.2 超聲換能器12-21
• 1.3 高頻聚焦超聲換能器主要應(yīng)用及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21-24
• 1.4 本課題的研究內(nèi)容及意義24-25
• 第2章 1-3 型PZT/Epoxy壓電復(fù)合材料性能研究及制備25-37
• 2.1 引言25
• 2.2 1-3 復(fù)合材料的W.A Smith模型25-29
• 2.3 W.A Smith模型仿真結(jié)果29-33
• 2.4 1-3 型壓電復(fù)合材料的制備33-34
• 2.5 1-3 型壓電復(fù)合材料性能測試34-35
• 2.6 本章小結(jié)35-37
• 第3章 高頻醫(yī)用超聲換能器材料聲匹配特性研究37-47
• 3.1 引言37
• 3.2 Devaney-Levinc理論模型37-39
• 3.3 實驗樣品制備39-41
• 3.4 樣品聲學(xué)性能測試及仿真41-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第4章 高頻聚焦換能器研制47-57
• 4.1 引言47
• 4.2 壓電材料制備47-49
• 4.3 聚焦換能器研制49-50
• 4.4 高頻聚焦超聲換能器性能測試50-56
• 4.5 本章小結(jié)56-57
• 第5章 結(jié)論及展望57-60
• 5.1 結(jié)論57-58
• 5.2 研究展望58-60
• 參考文獻60-66
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況66-67
• 指導(dǎo)教師及作者簡介67-68
• 致謝68

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本文編號：770306