第三章医用探头.ppt

第三章医用探头
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（1）压电效应（piezoelectric effect） ，压电现象（piezoelectricity） ，压电晶体（piezoelectrical crystal） ：
当沿某些天然晶体或人造压电陶瓷26

指换能器对脉冲响应的随动能力。
超声诊断仪所采用的压电换能器大部分都是工作在脉冲状态，即工作在暂态条件。
暂态特性的研究基本内容：
换能器的的某些因素对脉冲信号响应的关系，利用换能器的暂态特性，可确定其Q值，而换能器被敲击后的自由振动周期是与Q值密切相关。
超声脉冲越窄，响应占据的频谱就越宽，对换能器暂态特性的要求也就越严格。
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换能器的辐射特性主要是描述辐射声场在空间的分布状态，如声压在不同的距离和方位上的分布情况。
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2-2 医用超声换能器
声波辐射器—反向压电效应(电能→声能，高频电流→机械振动)
声波检测器—正向压电效应(声能→电能，声波振动→高频电流)

超声场：超声能量作用的弹性介质空间称为超声场。了解超声场在一定区域的空间分布状态，对于超声诊断仪的设计和应用无疑都是十分重要的。
第二节　换能器的超声场
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根据惠更斯—弗涅尔原理，对于单个振子，当它的尺寸极小时，可以将它看成是一个子波声源(点声源)，它所产生的声场是没有指向性的球面波，如图1—8所示。
如果根源尺寸不足够小，则可以将其辐射面上的每一点看成是一个子波声源，由于各个子波叠加的结果，其声场区域就具有指向性。
以两个点声源所产生的声场为例，由于两个子波叠加的结果．将具有指向性函数；
注意！
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一、 超声辐射声场特性（描述声压、声强在空间的分布状态）
（1）指向性：
通常将任意角度 方位的声压 与 时声压
之比 、称为声场指向性函数，其图形称为指向性图案，用
极坐标表示。
指向性图案中有一系列波束，其中辐射能量集中或接收灵
敏度最高的波束称为主波束（主瓣），旁侧波束称为次波束
（付瓣）。指向性函数（directivity function），主瓣（main
lobe）。
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（2）近场与远场特性：
物理上，近场指声源在自由场（可忽略边界影响的无限大均
匀各向同性媒质中的声场）辐射时，靠近声源的声场，其瞬时声
压和质点振动速度不同相位。
在近场区，由于声波相互干涉和衍射的结果，沿传播方向各
点声能（声压或声强）会时而出现极大或极小，同时在垂直传播
方向上也可能出现声能微弱变化，即近场衍射现象。近场区声束
基本不扩散。
远场指自由辐射时，远离声源部分的声场，其瞬时声压和质
点振速同相位。
远场区声压不均匀性减弱，对圆盘振子，远场为圆锥体，声
束开始扩散，声压随距离增加而单调衰减，近似球面波扩散。
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圆形单晶片作为声源时产生的超声场
由于处于发射状态的圆形晶片相当于一个往复振动的活塞，所以常称为圆形活塞振源， 是超声诊断中常用的也是最基本的换能器，人们期望振源能发出一束均匀的超声波。
在计算和分析圆形活塞声源辐射的超声时，假设：
把圆形活塞声源看成是无限个小声源组成
对每个小声源，都在 立体角的半空间辐射对称球面波
对于该圆形声源声场中的某点的声压看成是每个小声源辐射到此点处的声压的叠加。
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超声场：
弹性介质中充满超声能量的空间。或超声传播时超
　声能量在介质中的空间分布。
平面圆片换能器活塞振动的稳态超声场：
活塞振动——平面振动
稳态超声场——不考虑
　建立过程的稳定超声场
r,θ—— 极坐标
z —— 声轴方向
a —— 圆片半径
B(r,θ)
z
θ
r
a
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1、声场中心轴线上的声压
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p
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y
17等时，Dc=0,即声能限制在一个瓣内。其物理意义是这些数值相应的 角方向上没有辐射声波，图2-11可看出这种状况，主瓣要比辐瓣的声压强得多。
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对于Dc=0的第一点，即贝赛尔函数的第一个根
时，相应的角度 称为半扩散角，其值：