cMUT阵元的声学分析与环形扫描成像

作     者：高鹏飞 何常德 张彦军 张文栋 王红亮 任勇峰 党荣 李一凡 王子渊 孟亚楠 沈姝君 GAO Pengfei;HE Changde;ZHANG Yanjun;ZHANG Wendong;WANG Hongliang;REN Yongfeng;DANG Rong;LI Yifan;WANG Ziyuan;MENG Yanan;SHEN Shujun

作者机构：中北大学省部共建动态测试技术国家重点实验室太原030051 

出 版 物：《应用声学》 (Journal of Applied Acoustics)

年 卷 期：2022年第41卷第2期

页      面：293-300页

学科分类：07[理学] 08[工学] 070206[理学-声学] 0802[工学-机械工程] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2018YFF0110500) 中北大学电子测试技术国家重点实验室项目(6142001200408) 国家重大科学仪器研制项目(61927807) 山西省“1331工程”重点学科建设计划项目 

主　　题：电容式微机械超声换能器 声场 指向性 轴向声压 环形扫描成像 

摘      要：电容式微机械超声换能器(cMUT)具有宽带宽、灵敏度高、机械阻抗低和与电子电路集成制造等优点。由于超声换能器声场设计的好坏决定了成像质量的优劣,为了明确阵元参数与辐射声场的关系,该文对不同的阵元参数进行了计算仿真。与压电陶瓷超声换能器的结构不同,cMUT阵元是由多个电容单元(cell)并联构成。因此分析了cell的半径、cell数量、间距、振动频率等阵元参数与辐射声场分布、远近场分界点、辐射声压、指向性的关系,并进行了声轴声压与指向性实验测试验证。理论与实验测试结果基本一致。通过仿真计算,选用一种已制备的指向性强、发射性能好的cMUT单阵元器件对鸡骨进行了环形扫描和成像,实现了对生物体组织横截面的超声CT成像,验证了所制备的cMUT器件的可用性。此研究对工业与医学成像领域具有重要的参考价值。