川北医学院：《影像设备学超声原理》课程教学资源（课件讲稿）第三章 医用超声换能器及辐射声场

第三章 医用超声换能器及辐射声场 ◆换能器是指实现能量互相转化的装置和器件； 般是其他物理量转换成电能，如热电，光电等 等；这类也称为传感器； ◆超声的换能器可以将振动转化成电或磁，同时还 能进行反向的转化：

换能器是指实现能量互相转化的装置和器件； 一般是其他物理量转换成电能，如热电，光电等 等；这类也称为传感器； 超声的换能器可以将振动转化成电或磁，同时还 能进行反向的转化； 第三章 医用超声换能器及辐射声场

超声换能器种类 利用电场来实现电声转换，用电容做储能元件： 利用磁场力效应来实现电声转化，用电感做储能元件； 使用最多的是压电式和电致伸缩式 电容做储能元 件)。其次是电磁式和磁致伸缩式（电感做储能元件)

超声换能器种类  利用电场来实现电声转换，用电容做储能元件；  利用磁场力效应来实现电声转化，用电感做储能元件；  使用最多的是压电式和电致伸缩式（电容做储能元 件）。其次是电磁式和磁致伸缩式（电感做储能元件）

超声波的产生 产生超声波必备条件 声源 弹性介质 超声探头应用压电式换能法发射和接收超声波 接收超声 电磁能量 压电式换能法 机械振动 发射超声

超声探头应用压电式换能法发射和接收超声波 压电式换能法 电磁能量 机械振动 发射超声 接收超声 产生超声波必备条件 声源 弹性介质 超声波的产生

§1压电效应和压电材料 压电效应的物理原理 移动 ●库伦定律 电 9.92 (a) (b) ●偶极子 图3-1)压电材料中的偶极了b)外电场作用号偶极子 正负电子相 1 互耦合在一起， 11月 相距一定的距离 2

§1 压电效应和压电材料 一 压电效应的物理原理 库伦定律 偶极子 正负电子相 互耦合在一起， 相距一定的距离 2 12 12 1 2 r r q q F k   =

压电效应的物理原理 ●受外电场的影响偶极子会 偏转，产生位移； ●反过来，对晶体施加力作 用，会使得正负电荷中心 OPD o 位置发生变化，从而带电； ●元2

受外电场的影响偶极子会 偏转，产生位移； 反过来，对晶体施加力作 用，会使得正负电荷中心 位置发生变化，从而带电； 一 压电效应的物理原理

一 压电效应的物理原理 某些特殊材料，当受到 外力的作用产生形变时，会 在表面产生电荷的聚集而形 成电压，这种效应叫做压电 效应，这种材料叫压电材料

一 压电效应的物理原理 + + + - - - 某些特殊材料，当受到 外力的作用产生形变时，会 在表面产生电荷的聚集而形 成电压，这种效应叫做压电 效应，这种材料叫压电材料

压电效应的物理原理 正压电效应当在压电材料两端加一压力时， 则在此材料的两个电极面上将产生电荷，将机械 能变成电能。 F 十十王 正压电效应：机械能转化为电能

正压电效应当在压电材料两端加一压力时， 则在此材料的两个电极面上将产生电荷，将机械 能变成电能。 + + + - - - F + + + + + + + - - - - - - - - - + + + + + + + - - - - - - - - - - + + + - - - F F 一 压电效应的物理原理 正压电效应：机械能转化为电能

压电效应的物理原理 逆压电效应 在压电材料两端加一交变电场 时，则压电材料出现与交变电场同样频率的机械 振动，将电能变为机械能 。 十十十十十十 十十 超声波发射形成 》》 逆压电效应：电能转化为机械能

逆压电效应当在压电材料两端加一交变电场 时，则压电材料出现与交变电场同样频率的机械 振动，将电能变为机械能。 + + + - - - + + + + + + + - - - - - - - - - + + + - - - + + + + + + + - - - - - - - - - 超声波发射形成 一 压电效应的物理原理 逆压电效应：电能转化为机械能

压电效应的物理原理 超声探头中的超声换能器是利用压电效 应实现电能和声能之间的相互转换。 注意！外加电场或力去除后，必须要能 恢复原来的状态；

注意！外加电场或力去除后，必须要能 恢复原来的状态； 一 压电效应的物理原理 超声探头中的超声换能器是利用压电效 应实现电能和声能之间的相互转换

二压电材料 压电晶体（振子）是超声换能器的核心部件， 它由压电材料制成。压电材料既有天然的，也有 人造的。如石英晶体就是一种天然的压电材料。 I.分类： 压电单晶体：石英(S02)、铌酸(LN,0g) ②2 压电多晶体（压电陶瓷） 3 压电高分子聚合物聚偏二氟乙烯(PDVF)

二 压电材料 压电晶体（振子）是超声换能器的核心部件， 它由压电材料制成。压电材料既有天然的，也有 人造的。如石英晶体就是一种天然的压电材料。 I.分类： ① 压电单晶体：石英（SiO2）、铌酸（LiNbO3） ② 压电多晶体（压电陶瓷） ③ 压电高分子聚合物聚偏二氟乙烯（PDVF）