医学超声原理第七讲压电效应

Shanghai Jiao Tong University
一、压电效应
压电效应的机理是：具有压电性的晶体对称 性较低，当受到外力作用发生形变时，晶胞中正 负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合，导 致晶体发生宏观极化，而晶体表面电荷面密度等 于极化强度在表面法向上的投影，所以压电材料 受压力作用形变时两端面会出现异号电荷。反之， 压电材料在电场中发生极化时，会因电荷中心的 位移导致材料变形。利用压电材料的这些特性可 实现机械振动（声波）和交流电的互相转换。因 而压电材料广泛用于传感器元件中，例如地震传 感器，力、速度和加速度的测量元件以及电声传 感器等。
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一、压电效应
图3.2 压电效应
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What is Piezoelectricity？
Piezoelectricity is the charge which accumulates in certain solid materials (notably crystals, certain ceramics, and biological matter such as bone, DNA and various proteins)[1] in response to applied mechanical strain. The word piezoelectricity means electricity resulting from pressure. It is derived from the Greek piezo or piezein (πιέζειν), which means to squeeze or press, and electric or electron (ήλεκτρον), which stands for amber – an ancient source of electric charge.[2] Piezoelectricity is the direct result of the piezoelectric effect.
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What is Piezoelectricity？
ຫໍສະໝຸດ Baidu
The piezoelectric effect is understood as the linear electromechanical interaction between the mechanical and the electrical state in crystalline materials with no inversion symmetry.[3] The piezoelectric effect is a reversible process in that materials exhibiting the direct piezoelectric effect (the internal generation of electrical charge resulting from an applied mechanical force) also exhibit the reverse piezoelectric effect (the internal generation of a mechanical force resulting from an applied electrical field).
打火机原理
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Piezoelectric road harvests traffic energy to generate electricity
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指定教材
目前，关于生物医学超声的参考书很多；但是 从教十年多来，一直很难找到一本非常适合本 科生的教材。这也是编者下定决心编写本书的 主要原因之一。本书的内容主要包括超声物理 基础，压电效应与换能器技术，超声成像诊断 原理，超声治疗技术，医学超声实验，医学超 声的最新进展等。每章节都配置了一定量的练 习与思考题，以帮助读者巩固书中的内容，并 提高分析解决问题的能力。为配合双语教学， 本书保留了关键专业词汇的中英文对照。 本书的特点是在注重基本概念，基本原理，基 本方法的同时，兼顾一定的工程技术实用性， 如包含声场的数值模拟，超声图像的C语言程 序处理，超声波发射电路原理，换能器的匹配 技术等。本书适合医学超声以及相关领域的本 科生作教材，也可供该领域的研究生，科研及 工程技术工作者参考。
图3.1 医用超声换能器结构示意图
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一、压电效应
用压电材料做成的换能器
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一、压电效应
受到压力作用时会在两端面 间出现电压的晶体材料。1880年， 法国物理学家P. 居里和J.居里兄 弟发现，把重物放在石英晶体上， 晶体某些表面会产生电荷，电荷 量与压力成比例。这一现象被称 为压电效应。随即，居里兄弟又 发现了逆压电效应，即在外电场 作用下压电体会产生形变。
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本章主要内容
一．压电效应 二．压电材料特性 三．压电方程 四．压电体参数 五．压电振子 六．本讲思考题
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一、压电效应
如何解决医学超声的发 射与接收？
右图的压电换能器如果 要工作的话？还缺什么？ 日常生活中，电-声转 换的设备？ 举例说明？
压电效应生活中的应用？ 打火机，煤气灶或者热水器打火， 你注意到了么？
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一、压电效应
一、压电效应
（一）压电效应：施加压力－>电场 （二）逆压电效应：相反施加电场－> 会产生形变。 压电效应与逆压电效应，是换能器的 工作基础。
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第七讲—压电效应
牛金海
jhniu@sjtu.edu.cn
指定教材
目前，关于生物医学超声的参考书很多；但是 从教十年多来，一直很难找到一本非常适合本 科生的教材。这也是编者下定决心编写本书的 主要原因之一。本书的内容主要包括超声物理 基础，压电效应与换能器技术，超声成像诊断 原理，超声治疗技术，医学超声实验，医学超 声的最新进展等。每章节都配置了一定量的练 习与思考题，以帮助读者巩固书中的内容，并 提高分析解决问题的能力。为配合双语教学， 本书保留了关键专业词汇的中英文对照。 本书的特点是在注重基本概念，基本原理，基 本方法的同时，兼顾一定的工程技术实用性， 如包含声场的数值模拟，超声图像的C语言程 序处理，超声波发射电路原理，换能器的匹配 技术等。本书适合医学超声以及相关领域的本 科生作教材，也可供该领域的研究生，科研及 工程技术工作者参考。