基于電潤(rùn)濕效應(yīng)的動(dòng)態(tài)聚焦超聲液體透鏡研究.pdf

1、超聲技術(shù)自誕生以來(lái)發(fā)展迅速，在日常生活、工程測(cè)量與檢測(cè)、醫(yī)學(xué)診斷與治療和科學(xué)研究與分析的各個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮了重大的作用。采用超聲技術(shù)進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷和治療是生物醫(yī)學(xué)工程上的重要研究方向，基于超聲的醫(yī)學(xué)診療技術(shù)在醫(yī)學(xué)研究和臨床醫(yī)療方面做出了重要貢獻(xiàn)。超聲聚焦技術(shù)作為超聲技術(shù)的關(guān)鍵，越來(lái)越多的被國(guó)內(nèi)外科研人員重視。
　　常見(jiàn)的超聲聚焦方案目前有以下幾種，磨制成特定面型的壓電陶瓷超聲聚焦換能器、特定規(guī)格的固體超聲聚焦透鏡和多元電子相控陣超聲聚焦

2、等。前兩者超聲聚焦方式采用的設(shè)備結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但換能器的焦距或超聲透鏡焦距固定，使得這兩種方式只能通過(guò)機(jī)械（電機(jī)、齒輪等）方式和更換透鏡規(guī)格進(jìn)行調(diào)焦，操作不便，調(diào)焦精度較差，使用效率不高，難以滿足人們對(duì)于超聲診療的需求；電子相控陣超聲聚焦換能器是通過(guò)控制單獨(dú)的壓電陶瓷超聲振元模塊進(jìn)行聚焦，其原理和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故造價(jià)昂貴且不易應(yīng)用。一種簡(jiǎn)單快速準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)超聲聚焦方案成為國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)方向。
　　通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)查，液體超聲透鏡已經(jīng)在前人的

3、研究中被證實(shí)可行，所以本文結(jié)合首先應(yīng)用于光學(xué)聚焦領(lǐng)域的電潤(rùn)濕液體透鏡原理，創(chuàng)新性的提出了基于電潤(rùn)濕效應(yīng)的動(dòng)態(tài)聚焦超聲液體透鏡，并通過(guò)數(shù)學(xué)理論建模分析和軟件仿真，得到了電壓等相關(guān)參數(shù)對(duì)于液體透鏡的調(diào)制和影響關(guān)系。
　　本文的動(dòng)態(tài)聚焦超聲雙液體透鏡是基于電潤(rùn)濕效應(yīng)提出的，電潤(rùn)濕效應(yīng)即固液三相接觸角可以通過(guò)外加調(diào)制電壓的激勵(lì)發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)液體透鏡曲率半徑的變化從而進(jìn)行動(dòng)態(tài)變焦。文中仿真了電壓與液體透鏡固液三相接觸角、透鏡曲率半徑的關(guān)系，

4、對(duì)比了不同液體介質(zhì)材料、不同介電層厚度對(duì)于透鏡聚焦能力的影響，并通過(guò)多物理場(chǎng)仿真軟件對(duì)液體透鏡的物理動(dòng)態(tài)形變和聚焦過(guò)程進(jìn)行了模擬仿真，得到了不同外加調(diào)制電壓、不同液體介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)、表面張力系數(shù)、介電層厚度、動(dòng)力粘度系數(shù)以及不同液體透鏡孔徑對(duì)于液體透鏡動(dòng)態(tài)形變和聚焦過(guò)程的響應(yīng)時(shí)間及最終面型的影響。
　　文中通過(guò)對(duì)超聲場(chǎng)基本概念和理論的分析，建立了基于電潤(rùn)濕效應(yīng)的動(dòng)態(tài)聚焦超聲液體透鏡的理論和物理模型，并通過(guò)軟件對(duì)液體透鏡后聚焦聲場(chǎng)