[发明专利]振幅调控均匀场环阵超声换能器

说明书

振幅调控均匀声场环阵超声换能器，属于超声换能器设计技术领域。本发明是为了解决超声换能器近场的声场强度不均匀，影响超声实验结果的问题。它包括N个环阵阵元和N‑1个可调电阻，N个环阵阵元由内向外依次通过树脂套接形成一个圆盘；将N个环阵阵元由外向内依次排序为0，1，2，……，N‑1，其中第1，2，3，……，N‑1个环阵阵元分别串联一个可调电阻，将N个环阵阵元并联后，与单通道驱动电源连接；通过调节每个可调电阻的阻值来调控相应环阵阵元的振幅，从而调节换能器近场区域的声场强度分布。本发明可以消除换能器近场的不均匀场强空间分布状况。

技术领域

本发明涉及振幅调控均匀声场环阵超声换能器，属于超声换能器设计技术领域。

背景技术

超声波在生物、医学领域和化学合成中有广泛的应用，特别是在医学临床诊断和治疗上，由于它的无创性、高分辨率和价格低廉，而具有其它方法不可企及的优势。超声换能器(也称超声探头)是电声信号转换器件，能在电信号驱动下发出声波，再把接收到的声信号转换成电信号。

一般单元超声探头的发射面多为圆形平面，发出的声场沿轴向可分为三个区域：近场、焦点和远场。焦点的位置L为：L＝d²/4λ，其中d为探头发射面直径，λ是声波在传播媒介中的波长。当频率固定时，换能器的直径越大，则焦点越远。图3为一般圆形平面发射换能器的声场空间分布二维示意图，它实际的三维声场是以中心为轴心的旋转图。由图7所示，在换能器发射面和焦点之间的区域被称为近场，一般来说，越大面积的换能器则近场的区域越大，而声波的场强分布在近场区域极不均匀。可见，其近场很乱，沿轴向的声压随空间变化很大，整体分布非常不均匀。由于细胞皿具有一定的尺度，需要换能器有一定的面积，所以一般细胞超声实验用的都是换能器的近场，而近场的不均匀性导致了目前很多使用超声的生物医学实验数据不可靠，重复率低。例如，体外声动力实验结果细胞死亡率小于40％，而加强超声强度也不能把细胞全部杀死。这是因为在近场下，细胞皿中处于不同空间位置的细胞所获得的超声强度有着极大的不同，有些地方可能完全没感受到声强，导致总效果不理想。如何能够使声场的强度在空间一定范围内达到均匀，是一个能够直接影响超声实验结果的关键问题。

发明内容

本发明目的是为了解决超声换能器近场的声场强度不均匀，影响超声实验结果的问题，提供了一种振幅调控均匀场环阵超声换能器。

本发明所述振幅调控均匀场环阵超声换能器包括N个环阵阵元和N-1个可调电阻，N个环阵阵元由内向外依次通过树脂套接形成一个圆盘；将N个环阵阵元由外向内依次排序为0，1，2，……，N-1，其中第1，2，3，……，N-1个环阵阵元分别串联一个可调电阻，将N个环阵阵元并联后，与单通道驱动电源连接；通过调节每个可调电阻的阻值来调控相应环阵阵元的振幅，从而调节换能器近场区域的声场强度分布。

本发明的优点：本发明通过调控超声换能器表面的振幅，来达到消除换能器近场的极度不均匀场强空间分布的状况，它将环阵阵元与可调电阻串联，然后并联到一单通道的驱动电源上，使所有阵元的相位相同但是振幅不同，所产生的声场的强度空间分布基本消除了近场和焦点的区别，能够在换能器发射表面附近的一定空间区域内产生较均匀的声场。

本发明能够产生均匀分布的发射声场，这种均匀声场在生物医学和化学领域都非常重要，直接关系到实验结果的可靠性。特别是在运用超声进行医学临床治疗的各类方法中，如声动力治疗、超声治疗、超声理疗和超声辅助化疗等，能直接影响到治疗效果。

本发明的均匀近场环阵换能器还可用于生物、医学和化学领域的体内、体外实验。

附图说明

图1是本发明所述振幅调控均匀场环阵超声换能器的驱动电路结构示意图；

图2是振幅调控均匀场环阵超声换能器的环阵阵元排布示意图；

图3是现有圆形平面的常规超声换能器在等电压驱动下发出的声场空间分布二维示意图；