C形纵剖面部分球冠换能器结构对声焦域的影响

摘要

在球带腔形聚焦超声换能器的基础上,设计一种C形纵剖面部分球冠聚焦超声换能器,研究其结构参数变化对声焦域形态的影响。通过建立的有限元仿真模型,分别讨论了换能器的球带高度和聚焦夹角与焦域形态的变化关系。结果表明,球带高度越高、聚焦夹角越大,其焦域尺寸越小,焦域长轴与短轴的比值越低,焦域趋近于圆形,尤其是当球带高度为1.6F(F为焦距)、聚焦夹角≥210°时,其焦域三轴尺寸均可达到亚波长尺度。为验证仿真结果的正确性,设计制作了一个可改变聚焦夹角的换能器并进行了测试,实验与仿真结果大致相符。设计的换能器相对于传统行波换能器,焦域形态得到了明显改善,能够压缩焦域长短轴之比,有效提高聚焦精度,为改善聚焦超声换能器焦域形态提供了一种设计方法。