基于壓電效應的超聲換能器聲功率測量研究.pdf

1、超聲換能器是超聲設備的核心組成部件，已廣泛應用于醫(yī)療、工業(yè)、農業(yè)、軍事等領域。聲功率作為描述超聲換能器聲輸出量的重要超聲特性參數(shù)測量指標，是評價和控制超聲設備質量的最重要依據(jù)之一，它的準確與否將直接關系到超聲設備的安全性和可靠性。特別是，針對聚焦超聲換能器在臨床腫瘤治療上的應用，換能器聲功率的設置是影響疾病治療效果以及狀態(tài)的關鍵因素之一。因此，為了使超聲設備得到更好地控制與應用，聲功率測量技術的精準性和簡易性便成為超聲設備工程設計以及計

2、量檢測中的重點考慮方向。
　　針對目前測量換能器聲功率的技術手段存在的一些問題，例如用于接收聲場作用的吸收靶以及反射靶對聲場本身易造成干擾，且錐形反射靶對中軸對稱性要求較高，操作比較復雜，易受到環(huán)境的影響，本文提出了一種基于壓電效應的超聲功率測量方法，旨在提升聲功率測量技術的簡便性以及快捷性。采用壓電陶瓷片直接接收超聲信號，將聲信號轉換成電信號，根據(jù)輸出壓電信號的幅度變化來反映換能器聲功率的變化，通過包絡檢測技術獲取壓電陶瓷片在回

3、波干擾發(fā)生前受到聲波作用后輸出的最大峰值電壓，結合壓電信號與聲功率之間的數(shù)值換算，從而實現(xiàn)了聲功率的簡便測量，且避免了反射聲波的干擾。
　　對此，本文從理論和實驗方面主要做了以下研究工作：
　　1.從超聲換能器的應用價值以及聲功率測量的重要性出發(fā)，比較目前存在的幾種聲功率測量技術的優(yōu)缺點，闡明提升聲功率測量技術簡便性和精確度的關鍵點，以及預期達到的測量效果。
　　2.采用壓電陶瓷片直接接收聲波作用，由于聲波入射到壓電陶

4、瓷片表面會發(fā)生反射，反射聲波傳播到換能器表面時會影響聲功率的輸出，之后的聲功率會有所下降，在壓電陶瓷片表面形成的聲波作用力也會隨之下降，根據(jù)壓電效應，兩端輸出的壓電信號會產生相應的幅度變化，從而將發(fā)射換能器的聲功率變化轉化成電信號的形式。
　　3.結合壓電方程以及機電類比的方式，得到壓電陶瓷片輸出壓電信號的組成模式，找出描述聲功率變化的信號特征值，確定輸出壓電信號與換能器聲功率之間的理論轉換模型。
　　4.壓電信號的處理是比

5、較關鍵的一個環(huán)節(jié)，通過介紹包絡檢測技術的基本原理，分析幾種提取信號包絡方法的優(yōu)缺點，總結出局部峰谷點插值算法較小波變換、希爾伯特黃變換幾種包絡提取方法的優(yōu)勢所在，并利用該方法對輸出壓電信號進行包絡提取，獲得表征聲功率變化的電壓幅度曲線，其與理論分析曲線圖呈現(xiàn)出一致的變化趨勢。
　　5.分別找出不同換能器驅動電壓下包絡曲線的最大峰值電壓，將其平方值與基于輻射壓力法聲功率計所測聲功率進行線性擬合，并對理論關系式中的比例系數(shù)進行標定。在