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第二章 医用超声换能器 第二章 医用超声换能器 第二章 医用超声换能器 医用超声换能器 第一张，课件共三十四张，编辑于2022年5月 超声诊断仪换能器探头 第二张，课件共三十四张，编辑于2022年5月 超声诊断仪换能器探头 第三张，课件共三十四张，编辑于2022年5月 测厚探头 直探头 第四张，课件共三十四张，编辑于2022年5月 第一节　压电换能器 一、压电效应 1. 正向压电效应 材料两端加压力→两电极产生电场 压力 →形变→晶格电偶极矩变化→电荷积累→电场 2. 逆向压电效应 材料两端加电压→材料产生形变 电压→电场→晶格电偶极受力→应力→形变 材料正、逆向压电效应可逆 + + + + + + - - - - - - + + + + + + - - - - - - 第五张，课件共三十四张，编辑于2022年5月 压电效应示意图 第六张，课件共三十四张，编辑于2022年5月 二、医用压电材料 1. 压电材料: 具有压电效应特性的材料。 2. 压电材料的种类 （1）压电单晶体 石英、酒石酸钾钠、磷酸二氢铵、铌酸钾、硫酸锂等 （2）压电多晶体 钛酸钡、偏铌酸铅、锆钛酸铅、铌镁-锆-钛酸铅等 （3）压电高分子聚合物 聚偏二氟乙烯等 （4）复合压电材料 聚偏二氟乙烯+锆钛酸铅复合（PVDF+PZT）等 第七张，课件共三十四张，编辑于2022年5月 第八张，课件共三十四张，编辑于2022年5月 3. 压电特性的获得 单晶体：某些方向本身固有压电效应——选定切割 多晶体：材料加热到居里点温度，压电效应消失， 然后在强电场中慢慢冷却——极化。 　　　　　居里点：石英=550oC，锆钛酸铅=330oC， 钛酸钡=120oC 第九张，课件共三十四张，编辑于2022年5月 4. 各类压电材料的优缺点 压电陶瓷 电－声转换效率高；易于电路匹配；性能稳定； 价廉，易加工。但频率受限；脆；物性受温度影响。 石英晶体 电容小，频率高；机械性能好。但昂贵；加工 不便。 高分子压电聚合材料 　　 接收灵敏，效率高，易匹配，机械性能好。 　 第十张，课件共三十四张，编辑于2022年5月 三、压电材料的主要参数和压电方程 1. 主要参数 （1）压电常数 d 和g d：压电材料加上单位电场所产生的应变。 又称：材料的发射常数，单位：m/v g：压电材料开路时，施加单位应力所产生的电场。 　 又称：材料的接收常数，单位：v/m. 第十一张，课件共三十四张，编辑于2022年5月 （2）介电常数ε 同样电压下，压电材料介质和真空介质的电容比值。 εS：换能器被夹紧（S=0）时的介电常数， 　 εT：换能器自由（T=0）时的介电常数。 d/g =εT S－应变：单位长度内的长度变化量， T－应力：材料内力。 第十二张，课件共三十四张，编辑于2022年5月 2．压电方程 材料仅作厚度振动，参量仅在厚度方向时的压电方程 　　 S = （1/YE ）T+dE ① 　　 D = dT+εTE ② 式中：Y－电场不变时的杨氏模量 　　　D－电位移：单位面积上的电荷量 E－电场强度 S －应变 T －应力 ε －应力不变时的介电常数 d －压电常数 　 第十三张，课件共三十四张，编辑于2022年5月 图2-3是压电体所在坐标系 其中：D，E，S，T均在z方向 与压电体表面垂直 　 L－压电体厚度 　 V－压电体表面电压 　 P－外加压力 有：E=V/L，P=－T 第十四张，课件共三十四张，编辑于2022年5月 讨论： （1）加电压V，自由（T=0）时，由①式得： 　　 △L=SL=dEL=dV 　　　　　 即：形变△L正比于加的电压V （2）加电压V