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近年来,随着科学技术的飞速发展,超声相控阵已广泛的应用在医学、无损检测等方面,所谓相控阵,就是由多个压电陶瓷片(阵元)按一定的分布排列,然后逐次按欲先规定的延迟时间激发,就可以实现声波的聚焦。实际制做时,可以直接从一块压电陶瓷板上进行分割或切除。相控阵可分为线性阵,平面阵(2D阵),圆环阵等。最早的线性阵,为了分析计算方便,相控阵是由若干个点源均匀分布在同一直线上构成的。这种方法虽然计算方便,但实际很难实现,真正的振元总是有一定的尺寸,这种方法忽略了阵元的尺寸对聚焦效果的影响,后来,另一种线性阵的模型被提出,即认为单个阵元具有一定宽度a,长度L为无限长,或者说a远小于L,这种模型忽略了阵元长度L对声波聚焦效果的影响。平面阵的阵元是由具有一定宽度,一定长度的矩形构成的。该阵可望在未来诊断超声技术中提高成像质量。本文推出了平面阵的空间声压分布表达式,并研究了平面阵的几何尺寸对声波聚焦效果的影响,为相控阵的进一步研究提供了理论依据。平面阵可以在三维空间内任意点实现聚焦,如果只需要沿一条直线实现点聚焦,那我们可以采用由同心圆环活塞换能器构成的聚焦相控阵,本文对该阵也进行了推导和研究。论文的主要内容如下: 一、矩形活塞相控阵: 1.利用瑞利积分推出了单个矩形活塞换能器的远场声压表达式。画出了声压分布图,并就单个矩形活塞的指向性进行了研究,画出了指向性图。 2.根据相控阵的延时聚焦原理,推出了相控阵的声压分布表达式,采用数值分析法,利用计算机软件画出了声压分布图。 3.研究了相控阵的几何尺寸对声波聚焦效果的影响,并设计了相控阵的合理尺寸。 4.研究了相控阵的声波在远场的传播。 二、同心圆环活塞相控阵: 1.利用瑞利积分推出了单个圆环活塞换能器的远场声压表达式。画出了声压分布图,并对其指向性进行了研究,画出了指向性图。 2.研究了单个圆环的近声场指向性。 3.根据相控阵的延时聚焦原理,推出了相控阵的声压分布表达式,采用数值 分析法,利用计算机软件画出了声压分布图。三、电路设计 1.数字控制多通道信号发射系统简介。 2.数字系统的产生与编程实现。 3.相控阵换能器的测量接收系统。