超聲波換能器聲阻抗梯度匹配層理論與方法的研究.pdf

1、超聲換能器是一種被廣泛應(yīng)用的能量轉(zhuǎn)換器件，可進(jìn)行聲電信號相互轉(zhuǎn)化，其核心的工作原理是壓電效應(yīng)。換能器的匹配層是介于壓電晶體和人體之間的過渡層，可以實(shí)現(xiàn)從壓電晶體到人體的阻抗過渡，從而大大提高換能器的聲透過率和靈敏度。
　　傳統(tǒng)的匹配層往往是單層的，超聲波的透射效率不高。本文試圖通過離心的方法制備單層的匹配層，然后再將單層的匹配層集合成為梯度匹配層的方式來增大傳統(tǒng)匹配層的透射率。本文分別選用粒徑約為5μm的氧化鋁粉末和粒徑約為2μm

2、的鎢粉作為填料，環(huán)氧樹脂E51作為基體、固化劑為胺類固化劑W93。測試了不同匹配層的密度、聲速、聲衰減和聲阻抗，并和用澆鑄法制得的匹配層進(jìn)行了對比。
　　從測試的結(jié)果可以看出，匹配層的密度和聲阻抗均隨填料的體積比增加而線性增加，而聲速和聲衰減的變化規(guī)律則不是線性的。以氧化鋁作為填料時，匹配層的阻抗可由3.3 MRayl變化到6.6MRayl。以鎢粉作為填料，阻抗可由6 MRayl變化到18MRayl。通常的換能器單層匹配層的聲阻抗

3、范圍是3-15MRayl，本文用離心法制備的單層匹配層基本可滿足這些超聲換能器的需求。
　　采用離心法制得的樣品與澆鑄法相比阻抗范圍更廣，數(shù)據(jù)更加精確，操作可靠性更高，制備更加方便快捷?？梢哉f，離心法是比澆鑄法更好的制備單層匹配層的方法。
　　理論計算表明，具有合適阻抗梯度的匹配層能夠比單層匹配層更好地提升換能器性能。本文從透射和反射公式出發(fā)，推導(dǎo)了梯度匹配層的最佳透射條件，并將結(jié)果和用有限時域差分法得到的結(jié)果進(jìn)行了對比，結(jié)