医用超声换能器
医用超声换能器
2．吸声背块
（1）作用
① 吸收晶体背向辐射的超声，减少或消除晶体两端 之间超声的多次反射造成的干扰 ② 增大晶片阻尼，使发射脉冲窄，从而提高分辨率 （2） 要求
① 与压电晶体的声阻抗相等，以全部吸收背向辐射 ② 对超声的吸收力强，很快衰减，不再反射
（3）组成
环氧树脂 + 钨粉 + 橡胶粉
空气背衬，几乎全反射，效率最高，用于超声治疗仪。
第二章 医用超声换能器
功能 电能量←→超声能量 相互转换
重要性 整台超声仪器性能的关键
材料性能种类 １. 压电换能器——超声诊断仪主要用之 ２. 磁致伸缩换能器——超声治疗仪用之
第一节
一、压电效应
1. 正向压电效应
压电换能器
++++++
------
材料两端加压力→两电极产生电场 压力 →形变→晶格电偶极矩变化→电荷积累→电场 2. 逆向压电效应
3．匹配层
（1）作用 ① 使晶体辐射的超声有效进入人体，实现对人体组 织的检查。换能器和人体之间声阻抗匹配，条件：
Z匹 Z晶 Z 皮 ,
l匹 (2n 1)匹／ 4
② 增加换能器的带宽 ③ 隔开晶体和人体，保护晶体，免受机械、化学 损坏；保护人体，免受激励电压的伤害。
（2）要求 ① 衰减系数低 ② 耐磨损 （3）材料 环氧树脂、二酊脂、乙二氨等
++++++
-----材料两端加电压→材料产生形变 电压→电场→晶格电偶极受力→应力→形变 材料正、逆向压电效应可逆
第三节
探头的结构及其作用
超声探头——超声检测用换能器
各种超声诊断仪，探头基本结构 大致相同，以Ａ型为例。
超声波换能器电压
超声波换能器电压
超声波换能器电压是指超声波换能器所需要的电压。
超声波换能器是一种将电能转换为机械能的装置，它能够将电能转换为超声波能量，从而实现超声波的产生和传播。
超声波换能器广泛应用于医疗、工业、军事等领域，是现代科技的重要组成部分。
超声波换能器的电压是影响其工作效果的重要因素之一。
一般来说，超声波换能器的电压越高，其产生的超声波能量就越大，传播距离也就越远。
但是，过高的电压也会导致超声波换能器的损坏，因此需要根据具体情况进行调整。
在医疗领域中，超声波换能器的电压通常在几十伏特到几百伏特之间。
医用超声波换能器需要具备高精度、高灵敏度、高可靠性等特点，因此其电压的稳定性和精度要求较高。
在工业领域中，超声波换能器的电压通常在几百伏特到几千伏特之间。
工业用超声波换能器需要具备高功率、高效率、高可靠性等特点，因此其电压的稳定性和精度同样要求较高。
超声波换能器的电压不仅影响其工作效果，还会影响其寿命。
过高或过低的电压都会对超声波换能器的寿命产生不良影响。
因此，在使用超声波换能器时，需要根据具体情况进行电压的调整，以保证其正常工作和长期稳定运行。
超声波换能器的电压是影响其工作效果和寿命的重要因素之一。
在
使用超声波换能器时，需要根据具体情况进行电压的调整，以保证其正常工作和长期稳定运行。
圆形医用超声换能器结构
圆形医用超声换能器结构在医院的超声检查室里，总是充满着一种奇妙又略带紧张的氛围。
我陪着好友小丽去做腹部超声检查，她紧张得像只受惊的小兔子，紧紧抓着我的手。
我们看到医生拿着一个像小探头一样的东西，在小丽的肚子上移动着。
这个小探头，其实就是圆形医用超声换能器的一部分，它就像一个小小的魔法棒，能探测到身体里面的秘密。
那这个圆形医用超声换能器到底有着怎样的结构呢？首先，它有一个外壳，这个外壳就像是换能器的保护铠甲。
它要足够坚固，就像战士的盾牌一样，保护着里面脆弱的部件不受外界的干扰。
这个外壳一般是由特殊的塑料或者金属制成的，摸起来凉凉的，质感很结实。
在外壳里面，有着核心的部件——压电晶体。
这压电晶体啊，可真是个神奇的存在。
它就像一个超级敏感的小耳朵，不过它听到的不是声音，而是超声波的信号。
当电流通过它的时候，它会像个听话的小精灵一样开始振动，然后发出超声波。
而且啊，当它接收到反射回来的超声波时，它又能把这种机械振动转化成电信号，是不是很厉害呢？这就好比一个既能说话又能听话的小精灵，在身体这个神秘的黑暗森林里探索着。
围绕着压电晶体的呢，是匹配层。
这个匹配层啊，就像是一个贴心的小助手。
它的任务就是帮助超声波更好地从换能器传播到人体组织里面。
如果没有它，超声波可能就像一个迷路的孩子，找不到正确的方向。
匹配层就像是一座桥梁，把压电晶体和人体组织连接起来，让超声波能够顺利地通行。
还有一个很重要的部分就是背衬材料。
这背衬材料在换能器的后面，它就像是一个默默付出的幕后英雄。
它的作用是吸收那些向后传播的超声波，防止这些超声波反射回来干扰前面的信号。
它就像一个吸音的海绵，把那些多余的声音都吸收掉，让整个探测过程更加清晰准确。
在换能器的表面，还有一层声透镜。
这声透镜可不得了，它就像一个聪明的小向导。
它能够把从压电晶体发出的超声波聚焦到需要检测的部位。
想象一下，如果超声波是一束光，那声透镜就是一个放大镜，把光线聚焦到一个小的点上，这样就能更清楚地看到身体内部的情况了。
第三章 医用超声换能器
医用超声换能器应用超声波进行诊断时，首先要解决的问题是如何发射和接收超声波，通过使用超声换能器可以解决这个问题。
目前医学超声设备大多采用声电换能器来实现超声波的发射与接收。
声电换能器按工作原理分为两大类，即电场式和磁场式。
电场式中，利用电场所产生的各种力效应来实现声电能量的相互转换，其内部储能元件是电容，它又分为压电式、电致伸缩式、电容式。
磁场式中，是借助磁场的力效应实现声电能量的互相转换，内部储能元件是电感，它又分为电动式、电磁式、磁致伸缩式。
在医学超声工程中，使用的最多的是压电式超声换能器。
§3.1 压电效应与压电材料特性一、压电效应压电效应是法国物理学家Pierre Curie 和Jacqnes Curie 兄弟于1880年发现的。
图3-1 压电效应示意图对某些单晶体或多晶体电介质，如石英晶体、陶瓷、高分子聚合材料等，当沿着一定方向对其施加机械力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个对应表面上便产生符号相反的等量电荷，并且电荷密度与机械力大小成比例；而且当外力取消后，电荷也消失，又重新恢复不带电状态，这种现象称为正压电效应，如图3-1。
当作用力的方向改变时，电荷的极性也随着改变。
相反，当在电介质的极化方向上施加电场(加电压)作用时，这些电介质晶体会在一定的晶轴方向产生机械变形；外加电场消失，变形也随之消失，这种现象称为逆压电效应(电致伸缩)。
如果在电介质的两面外加交变电场时，电介质产生压缩及伸张，即产生振动，此振动加到弹性介质上，介质亦将振动，产生机械波。
如外加交变电场频率高于20KHz，则这种波即是超声波。
超声接收换能器采用了正压电效应，将来自人体中的声压转变为电压。
超声波发射换能器采用了逆压电效应，将电压转变为声压，并向人体发射。
压电效应是可逆的，压电材料既具有正压电效应，又具有逆压电效应。
医学超声设备中，常采用同一压电换能器作为发射和接收探头，但发射与接收必须分时工作。
[课件]医用超声换能器PPT
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第一节
一、压电效应
1. 正向压电效应
压电换能器
++++++
------
材料两端加压力→两电极产生电场 压力 →形变→晶格电偶极矩变化→电荷积累→电场 2. 逆向压电效应
++++++
-----材料两端加电压→材料产生形变 电压→电场→晶格电偶极受力→应力→形变 材料正、逆向压电效应可逆
L=λ/2
时，压电体内传播时间
t = L/c = (λ/2)/c = (cT/2)/c = T/2
即：到达对面时，与相移180o的对面振动叠加，达到同 频同相叠加，辐射超声最强，即为谐振情况。对应频率
f = c/λ= c/2L
称基本谐振频率，或基频。
前向
超声
表面位移
０ T/2 T
L
压电体
c, f
超声
（3）组成
环氧树脂 + 钨粉 + 橡胶粉
空气背衬，几乎全反射，效率最高，用于超声治疗仪。
3．匹配层
（1）作用 ① 使晶体辐射的超声有效进入人体，实现对人体组 织的检查。换能器和人体之间声阻抗匹配，条件：
Z Z Z , l ( 2 n 1 ) ／ 4 匹 匹 匹 晶 皮
② 增加换能器的带宽 ③ 隔开晶体和人体，保护晶体，免受机械、化学 损坏；保护人体，免受激励电压的伤害。
t
后向
T/2 T 3T/2 t ０ 收缩 膨胀 收缩
一般地，基频或更高频率在压电体内传播从一个 表面到达对面所用时间为： t = L／c = (2n-1)T2n-1 ／2 (n=1,2,…) 即： L= (2n-1)λ2n-1 ／2 或： f2n-1 = 1／T2n-1 = (2n-1)c／2L 时，都能达到谐振。 f1—基频， f 3，f5，f7…—高次谐振频率， f1L＝c／2——材料的频率常数
超声波换能器的原理及应用
超声波换能器的原理及应用1. 引言超声波换能器是一种将电能转换为超声波能量的装置，广泛应用于医学、工业和科学领域。
本文将介绍超声波换能器的原理以及其在不同领域的应用。
2. 超声波换能器的原理超声波换能器基于压电效应工作，通过压电陶瓷材料的电能-机械能转换来产生超声波。
其工作原理如下：•步骤1：输入电压。
将交流电压输入到超声波换能器的电极上。
•步骤2：电能转换。
电压变化引起陶瓷材料的变形，从而产生机械能。
•步骤3：超声波产生。
机械能作用于震动体，使其振动，并传递给工作介质，从而产生超声波。
超声波换能器的原理可以通过以下优点总结： - 高效率：能够将电能转换为超声波能量的效率高达90%以上。
- 宽频带：能够产生多种频率的超声波，适用于不同的应用需求。
- 快速响应：超声波换能器的响应速度非常快，可以快速启动和停止。
3. 超声波换能器的应用超声波换能器在医学、工业和科学领域有广泛的应用。
3.1 医学应用在医学领域，超声波换能器被广泛应用于以下几个方面：•超声成像：超声波换能器可以发送超声波到人体内部，通过接收回波信号来生成人体组织的影像，用于诊断疾病和监测器官功能。
•超声治疗：超声波换能器的超声波能量可以被利用来破坏肿瘤细胞、促进伤口愈合和缓解疼痛等治疗应用。
•超声检测：超声波换能器可以检测血流速度、血管狭窄和心脏功能等生理参数，用于临床诊断和疾病监测。
3.2 工业应用在工业领域，超声波换能器被广泛应用于以下几个方面：•清洗和清理：超声波换能器产生的超声波可以在液体中形成微小气泡，通过气泡的爆破来清洗和清理物体表面，如清洗零件和去除污垢。
•切割和焊接：超声波换能器可以产生高频振动，通过振动能量来切割、焊接和铆接材料，适用于精密加工和组装。
•化学反应：超声波换能器可以加速化学反应速率，提高反应效率，广泛应用于催化反应和合成化学。
3.3 科学研究应用在科学研究领域，超声波换能器被广泛应用于以下几个方面：•材料分析：超声波换能器可以通过测量材料中的超声波传播速度和衰减程度来分析材料的物理性质和结构。
医用超声波发生器的换能器原理
医用超声波发生器的换能器原理医用超声波发生器的换能器原理是将外加的能量转换为超声波。
它是一种物理装置，能够将电能或其他形式的能量转换为高频声波能量。
这些高频声波能够通过特定的介质传播，并在目标物体上产生特定的作用。
换能器的作用有：将电能转换为超声能量；使超声能量具有高的放射性能；可以控制超声波的频率和幅度。
换能器的工作原理是将电能转换成超声能量。
具体来说，换能器是通过一个封装好的密封桶中的传感器把电信号转换成机械振动，然后产生超声波。
传感器可以是压电式、磁式或电磁式，但最常用的是压电式传感器。
压电式传感器内部有一个压电片，当外界施加电压时，压电片就会发生振动，这些振动就可以产生超声波。
换能器的结构一般有三部分：壳体、换能器元件和支撑结构。
壳体是外壳，用来封装换能器元件和支撑结构，一般是金属或塑料制成。
换能器元件包括传感器、振子、悬挂结构和线圈等，它们负责将电能转换成机械振动，从而产生超声波。
支撑结构用来支撑换能器元件，它一般是金属或塑料制成的，也可以是水环或空气环。
换能器的放射性是决定超声治疗效果的关键因素之一。
一般来说，换能器的放射性越高，超声治疗效果越显著。
换能器的放射性取决于换能器元件的材料、结构、尺寸及悬挂结构等。
放射性良好的换能器能够有效地将外加的能量转换成超声能量，使超声波在目标物体上产生有效的作用。
换能器还可以控制超声波的频率和幅度。
频率决定了超声波的波形，幅度决定了超声波的强度，换能器可以控制这两个参数，从而控制超声波在目标物体上的作用。
总之，医用超声波发生器的换能器原理是通过将电能转换成超声能量，并控制超声波的频率和幅度来实现的。
它是医疗超声治疗的关键部件，可以大大提高超声治疗的效果。
超声波换能器工作原理
超声波换能器工作原理超声波换能器是一种将电能转换为超声波能的装置，它在医疗、清洗、焊接等领域都有着广泛的应用。
其工作原理主要涉及到压电效应和超声波传播两个方面。
首先，压电效应是超声波换能器能够将电能转换为超声波能的基础。
压电效应是指某些晶体在受到外力作用时会发生电荷分布不均，从而产生电压的现象。
这种晶体被称为压电晶体，它们在外加电压的作用下会产生形变，并且在形变的同时会发出超声波。
这种现象被称为压电效应，利用这种效应可以将电能转换为超声波能。
其次，超声波传播是超声波换能器工作的另一个重要原理。
一旦压电晶体产生超声波，这些超声波会通过传导介质（如水、空气等）传播出去。
超声波是一种机械波，它的传播是通过介质分子之间的振动传递能量。
当超声波传播到需要作用的对象上时，它会产生一系列的物理效应，比如在清洗领域可以产生高效的清洗效果，在医疗领域可以产生热效应用于治疗等。
总的来说，超声波换能器的工作原理是通过压电效应将电能转换为超声波能，然后通过超声波传播将超声波能传递到需要作用的对象上。
这种原理使得超声波换能器在多个领域都有着广泛的应用，其工作原理的深入理解也为超声波技术的发展提供了重要的理论基础。
在实际应用中，超声波换能器的工作原理还涉及到频率、功率、声压等参数的控制，以及超声波在传播过程中的衰减、反射、折射等现象。
对于超声波换能器的设计、优化和应用都需要对其工作原理有着深入的理解和研究。
总之，超声波换能器是一种将电能转换为超声波能的装置，其工作原理涉及到压电效应和超声波传播两个方面。
通过对其工作原理的深入理解，可以更好地应用超声波技术，并且为其在医疗、清洗、焊接等领域的进一步发展提供理论支持。
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功能
电能量←→超声能量 超声能量 电能量 相互转换
重要性
整台超声仪器性能的关键
材料性能种类
压电换能器——超声诊断仪主要用之 １. 压电换能器 超声诊断仪主要用之 超声治疗仪用之 ２. 磁致伸缩换能器——超声治疗仪用之 磁致伸缩换能器
Hale Waihona Puke 第一节 压电换能器一、压电效应
1. 正向压电效应
++++++
------
材料两端加压力 两电极产生 材料两端加压力→两电极产生电场 压力 两电极产生电场 形变→晶格电偶极矩变化 电荷积累→电场 压力 →形变 晶格电偶极矩变化 电荷积累 电场 形变 晶格电偶极矩变化→电荷积累 2. 逆向压电效应
++++++
-----材料两端加电压 材料产生 材料两端加电压→材料产生形变 电压 材料产生形变 电压→电场 晶格电偶极受力→应力 电场→晶格电偶极受力 应力→形变 电压 电场 晶格电偶极受力 应力 形变 材料正、 材料正、逆向压电效应可逆
3．匹配层 ．
（1）作用 ） 使晶体辐射的超声有效进入人体， ① 使晶体辐射的超声有效进入人体， 实现对人体组 织的检查。换能器和人体之间声阻抗匹配，条件： 织的检查。换能器和人体之间声阻抗匹配，条件：
Z匹 = Z晶 ⋅ Z皮 ,
l匹 = (2n −1)λ匹 4 ／
② 增加换能器的带宽 ③ 隔开晶体和人体，保护晶体，免受机械、化学 隔开晶体和人体，保护晶体，免受机械、 损坏；保护人体，免受激励电压的伤害。 损坏；保护人体，免受激励电压的伤害。 （2）要求 ） ① 衰减系数低 ② 耐磨损 （3）材料 ） 环氧树脂、二酊脂、 环氧树脂、二酊脂、乙二氨等
第三节 探头的结构及其作用
超声探头——超声检测用换能器 超声检测用换能器 超声探头 各种超声诊断仪， 各种超声诊断仪， 探头基本结构 大致相同， 型为例。 大致相同，以Ａ型为例。
一、探头的基本结构
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 压电晶片 吸声背块 匹配层 电极、 电极、导线 声隔离层 保护层 外壳
2．吸声背块 ．
（1）作用 ） 吸收晶体背向辐射的超声， ① 吸收晶体背向辐射的超声，减少或消除晶体两端 之间超声的多次反射造成的干扰 增大晶片阻尼，使发射脉冲窄， ② 增大晶片阻尼，使发射脉冲窄，从而提高分辨率 （2） 要求 ） 与压电晶体的声阻抗相等， ① 与压电晶体的声阻抗相等，以全部吸收背向辐射 对超声的吸收力强，很快衰减， ② 对超声的吸收力强，很快衰减，不再反射 （3）组成 ） 环氧树脂 + 钨粉 + 橡胶粉 空气背衬，几乎全反射，效率最高，用于超声治疗仪。 空气背衬，几乎全反射，效率最高，用于超声治疗仪。