超聲換能器聲匹配層設(shè)計方法及其聲學(xué)特性研究.pdf

1、壓電超聲換能器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，可將電聲信號互相轉(zhuǎn)換。匹配層作為醫(yī)用超聲換能器的重要組成部分，能實現(xiàn)聲阻抗匹配或過渡，使人體組織與壓電晶片之間的聲能透過率和靈敏度大幅度提高，在減小失真的同時可以展寬換能器的帶寬。對于一個給定的頻率，匹配層的厚度應(yīng)該為λ/4，且其聲阻抗為壓電材料與人體組織聲阻抗乘積的幾何平均值。
　　因為復(fù)合材料能滿足匹配層的聲阻抗要求，所以本文選用復(fù)合材料制備匹配層，分別以粒徑為2.5μm和10μm的氧化鋁粉末

2、、粒徑約為30μm的銅粉、粒徑約為10μm的鎢粉作為填料，環(huán)氧樹脂E51、胺類固化劑 W93、芳香胺類固化劑DEDDM作為基體，制備了一系列聲阻抗不同的復(fù)合材料聲匹配層。并采用超聲波頻譜法，研究了溫度、厚度、粒徑、固化劑種類、填料種類對匹配層樣品聲學(xué)特性的影響。使用了澆鑄法和刮刀法兩種制備工藝制備匹配層樣品。
　　對測試結(jié)果進行分析，證實了不同粒徑、固化劑和填料制備出的匹配層樣品的密度和聲阻抗的變化規(guī)律一致，當填料體積分數(shù)增加時樣

3、品密度和聲阻抗也隨之增加，并且與體積分數(shù)成線性正比。粒徑大小對聲阻抗影響不大。固化劑對樣品聲阻抗有影響。密度大的填料制備出的樣品聲阻抗較大。粒徑、固化劑和填料的變化對匹配層樣品的聲速和聲衰減均有影響。
　　采用澆鑄法，以粒徑為2.5μm的氧化鋁粉末為填料，環(huán)氧樹脂E51和胺類固化劑W93為基體制備的樣品中，其特性聲阻抗由5％時的3.68MRayl增加到25%時的5.30MRayl。當選用鎢粉為填料時，樣品的特性聲阻抗由5%時的4.

4、064MRayl增加到25%時的8.507MRayl。通常匹配層的聲阻抗范圍在3-15MRayl，本文制備的匹配層樣品范圍在3-9MRayl，與近年研究的匹配層聲阻抗相比范圍更寬，可滿足各類超聲換能器聲匹配層阻抗要求。
　　研究證實刮刀法與澆鑄法相比對樣品的聲學(xué)特性影響不大，且適用于制備較薄的匹配層。本試驗選用的藥品為粒徑為2.5μm的氧化鋁粉末、環(huán)氧樹脂E51和胺類固化劑W93。測試結(jié)果表明，Al2O3/聚合物樣品的特性聲阻抗由