部分超聲換能器ppt課件(已修改)
2025-01-27 15:04 本頁面
【正文】 167。 2 醫(yī)用超聲換能器 壓電效應 壓電效應 一 壓電學的物理基礎 ?壓電效應 – 1880年居里兄弟皮爾（ ) 與捷克斯（ )發(fā)現(xiàn)壓電效應。經他們實驗而發(fā)現(xiàn)，具有壓電性的材料有 ： ? 具有壓電性的材料有：閃鋅礦（ zincblende）、鈉氯酸鹽（ sodiumchlorate）、電氣石（ tourmaline）、石英（ quartz）、酒石酸（ tartaricacid）、蔗糖（ canesuger）、方硼石（ boracite）、異極礦（ calamine）、黃晶（ topaz）及若歇爾鹽（ Rochellesalt）。這些晶體都具有非晶方性（ anisotropic）結構，晶方性（ isotropic）材料是不會產生壓電性的。 ? 第一次大戰(zhàn)后不久，石英換能器便發(fā)展出兩項重要的應用。 – 哈佛大學的皮爾士教授（ ）用石英晶體制作超聲波干涉儀，可定出波在氣體介質中的速度?？汕蟪霾ㄔ跉怏w中的表減系數(shù)。當時用它來測量聲波在二氧化碳中波速對頻率的關系，而求出波速的色散關系。用這種方法，可研究氣體在不同混合比與溫度下聲波的波速與衰減率。 – 1927年，伍德（ ）與魯密斯（ ）首先使用高功率超聲波。使用藍杰文型的石英換能器配合高功率真空管，在液體中產生高能量，使液體引起所謂的空腔（ cavitation）現(xiàn)象。同時也研究高功率超聲波對生物試樣的效應。 ? 1919年，卡迪（ Cady）教授第一次利用石英當作頻率控制器，圖四就是最早期的晶體控制振蕩器電路。在第二次世界大戰(zhàn)中，大約使用了一千萬個晶體振蕩器，用以建立坦克與坦克之間及地面和飛機之間的通訊。 壓電效應 ?在非晶方晶體中，施一外力使晶體變形，由于晶格中電荷的移動造成晶體內局部不均勻電荷分布，而產生 —— 電位移。 ?只有 在材料每單位體積中造成有效地凈的電雙極距變化。才具有壓電特性。 二 醫(yī)用壓電材料 ? 石英晶體 – 昂貴、加工不方便、 – 優(yōu)良的機械性能，較低的電容，高的品質因數(shù)，良好的溫度系數(shù) ? 壓電陶瓷： – 電 聲轉換系數(shù)高 – 易于電路匹配 – 材料性能穩(wěn)定、廉價、易于加工、可控制成任意形狀、尺寸。 – 可通過摻雜、取代、改變材料配方等辦法進行參數(shù)調整 。 壓電材料 —— 石英晶體 壓電材料 石英晶體 石英壓電機理 ? 石英晶體的上述特性與其內部分子結構有關。 ? 在垂直于 z軸的 xy平面上的投影 , 等效為一個正六邊形排列。當石英晶體未受外力作用時 , 正、負離子正好分布在正六邊形的頂角上 , 形成三個互成 120176。夾角的電偶極矩 P P P3 壓電陶瓷 ? 壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料。 ? 材料內部的晶粒有許多 自發(fā)極化 的電疇 , 它有一定的極化方向 , 從而存在電場。 ? 在無外電場作用時 , 電疇 在晶體中雜亂分布 , 它們的極化效應被相互抵消 , 壓電陶瓷內極化強度為零。因此原始的壓電陶瓷呈中性 , 不具有壓電性質 ? 在陶瓷上 施加外電場 時 , 電疇的極化方向發(fā)生轉動 , 趨向于按外電場方向的排列 , 從而使材料得到 極化 。 ? 外電場去掉后 , 電疇的極化方向基本不變 , 即 剩余極化強度 很大 , 這時的材料才具有壓電特性 。 ?醫(yī)用超聲換能器中用得最多的，偏鈮酸鉛壓電陶瓷。優(yōu)點： – 幾點耦合系數(shù)的各向異性大， – 徑向共振弱，厚度共振強，可獲得單純厚度模式共振，超聲圖像清晰， – 電容率小，與高頻電路容易匹配，機械阻尼高，頻帶范圍寬，易于獲得高頻下的窄脈沖換能器。 – 聲阻抗低，易于與人體軟組織匹配 – 居里溫度高，壓電性能隨溫度變化小，性能穩(wěn)定。 ?高分子壓電聚合物材料，是一種半結晶聚合物，如：聚二氟乙烯（ PVＤＦ）： – 壓電聚合物薄膜，據(jù)歐柔軟性的塑料薄膜特
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