超声换能器用途解析

超声换能器的用途

超声波常用的换能器由振动激励方式区分分为磁致伸缩换能器和电致伸缩换能器 .

20世纪初，电子学的发展使人们能利用某些材料的压电效应和磁致伸缩效应制成各种机电换能器。1917年，法国物理学家朗之万用天然压电石英制成了夹心式超声换能器，并用来探查海底的潜艇。随着军事和国民经济各部门中超声应用的不断发展，又出现更大超声功率的磁致伸缩换能器，以及各种不同用途的电动型、电磁力型、静电型换能器等多种超声换能器。

二、超声换能器

超声诊断仪是依靠超声换能器产生入射超声波（发射波）和接收反射的超声波（回波）的．所以在医用超声诊断仪中超声换能器又称为探头．

超声换能器的机械振荡是由高频电能激励产生的．反射回来的超声能量又通达超声换能器转换为电脉冲．探头能将电能转换为声能，又能将声能转换成电能，故有换能器之称．

（一）压电效应

1、正压电效应

在晶体或陶瓷的一定方向上，加上杌械压力，使其变形，晶体或陶瓷的两个受力面上，

产生符号相反的电荷；变形方向相反，两面的电荷极性随之变换．电荷密度同施加的机械力成正比．这种因机械力作用而激起表面的电荷效应，称为正压电效应．

２．逆压电效应

在晶体或陶瓷表面沿轴方向施加电压，在电场作用下引起几何应变，电压方向改变，机械应变方向亦随之改变，形变与电场成比例．这种因电场作用而引起的形变效应，称为逆压电效应．超声诊断仪探头在发射超声波时是逆压电效应．接收超声回波时产生压电效应．

（二）压电材料和压电振子

具有压电效应的材料很多，如石英、酒石酸钾钠等晶体，有钛酸钡、钛酸铅、铌酸锂、铌酸钡、钛酸锂、锆钛酸铅等陶瓷都是具有压电效应的材料；压电材料有压电效应就有逆压电效应．自锆钛酸铅问世以来，医用超声换能器所用的压电材料就由锆钛酸铅代替了．

在压电体的正反表面上进行极化，覆盖上一层激励电极后，就成为压电振子，就具有正压电效应和逆压电效应．

换能器的压电振子相当于一个电容（具有容抗作用），在超声发射电路中与线圈形成并联谐振，得到高频激励电压，产生机械振动和超声波．压电换能器上施加的交变电压的频率与换能器的压电振子的固有频率相等时，才能获得最大的机械振动．

（三）诊断用超声换能器的基本结构形式

１．基本单元换能器

根据临床诊断的要求，换能器有许多种不同结构形式，而单元换能器是基本的结构．单元换能器它由主体和壳体两部分组成．

（１）主体：包括：①压电振子，它是产生压电效应的元件．

②吸收块吸收背向辐射的（反射回来的）声能，称为背材．

③保护层保护振子，减轻磨损，称为面材．

（２）壳体：包括：①外壳为换能器的结构件．

②接插件与超声诊断仪连接的插头

③电缆线超声激励电源及信号的连接

吸收块又称为吸声块．制作吸收块的材料是有要求的，首先要求吸收块的声阻抗最好与压电材料的声阻抗接近，这样可以使来自压电振子背向辐射的超声波,能全部透进吸收块中；并且要求吸收块对超声能应具有大的衰减能力，使己进入吸收块的超声波不再反射到振子中去．

保护层是介于振子与人体组织之间的一层物质，要求保护层既要起到防止磨损，保护振子的功能，又要在传递超声波中尽量没有衰减，具有良好的透射功能；因此，要求保护层的胜阻抗接近人体组织的声阻抗，并且具有既有耐磨性，又有良好的透射性的最佳厚度．

２．基本多元换能器

多元换能器是由多个单元振子组成．有的将振子沿直线排列为一行，组成线阵探头；有的将振子沿弧形排列，构成凸阵探头；有的将振子成矩阵排列，构成矩阵探头等多种多元超声换能器．