超声内镜系统中环形阵列换能器有限元结构优化设计

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超声内镜(Endscopic Utrasonography,EUS)是一种将微型高频超声探头安置在内镜顶端来实现组合诊断的应用技术,它既能通过内镜直接观察腔内的形态,同时又可以进行实时超声扫描,对提高内镜和超声联合诊断水平具有重要意义。本文的研究对象是超声内镜中能实现电子环扫的环形阵列探头,主要采用有限元法分析其环形阵列结构,并对其进行优化,重点就拓展换能器带宽、提高探头分辨率展开研究。   本文结合前人在超声换能器分析中采用的等效电路法、有限元方法,包括匹配层技术、背衬技术等,对超声换能器多种结构在水中的谐响应进行了理论计算和相应的仿真分析,用理论分析的结果指导仿真计算,同时仿真计算的结论也验证了理论推导出的结论的指导作用和局限性。通过一系列的仿真计算,本文对环形阵列探头的基本结构、双匹配层、双背衬等结构模型进行了优化,在换能器发射电压响应级水平基本保持不变的情况,使其带宽性能得到了显著的提升。   此外,本文对用放大模型替代原始小尺寸模型进行验证的方法进行论证分析,说明了其合理性和有效性,可为进一步试制换能器样品、研究改善环形阵列探头的综合性能提供便利。  
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