Page 101 - 无损检测2022年第一期

压电陶瓷材料及压电超声换能器的无损检测应用

DOI : 10.11973 / ws j c202201015

基于 PMN-PT 单晶材料的医用超声相控阵

换能器设计

张 浩, 曾 涛

( 上海材料研究所 上海市工程材料应用与评价重点实验室, 上海 200437 )

摘 要:单晶 PMN-PT ( 铌镁钛酸铅) 可有效提高超声换能器的灵敏度和带宽等性能。介绍了
一款基于 PMN-PT 单晶材料的医用超声相控阵换能器, 该换能器选用 PMN-32%PT ( 001 方向) 单
晶材料, 采用两匹配层结构进行设计。在该基础上制作样品, 并对其进行回波信号测试分析。结果

表明, 所研制的超声换能器中心频率约为2.6MHz , -6dB 相对带宽为80% 以上, 具有较好的灵敏

度和带宽。
关键词:医用相控阵换能器; 带宽; 匹配层; PMN-PT 单晶

中图分类号: TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2022 ) 01-0063-03

Desi g nofmedicalultrasonic p hasedarra y transducerbasedon

PMN-PTsin g lecr y stalmaterial

ZHANGHao , ZENGTao

( Shan g haiKe yLaborator yofEn g ineerin g MaterialsA pp licationandEvaluation ,

Shan g haiResearchInstituteofMaterials , Shan g hai200437 , China )

Abstract : Sin g lecr y stalPMN-PTcaneffectivel y im p rovethesensitivit y andbandwidthofultrasonictransducer.

Thisp a p erintroducesamedicalultrasonicp hasedarra y transducerbasedonPMN-PTsin g lecr y stalmaterial.The

transducerismadeofPMN-32% ( 001 ) sin g lecr y stalmaterialanddesi g nedwithtwomatchin g la y erstructure.On

thisbasis , asin g lecr y staltransducerwasfabricated , andtheechosi g naltestanal y siswasp erformedonit.The

resultsshowthatthecenterfre q uenc yofthedevelo p edultrasonictransducerisabout2.6 MHz , andthe -6dB

relativebandwidthismorethan80%.Ithasg oodsensitivit yandbandwidth.

Ke ywords : medical p hasedarra y transducer ; bandwidth ; matchin g la y er ; PMN-PTsin g lecr y stal
医疗超声诊断技术具有直观安全、 对软组织鉴 具有较低的压电性能, 使得换能器的灵敏度和带宽
别力强、 方便快捷等优点, 是当代医学成像诊断中的 较低, 进而影响了图像的分辨率和清晰度。近年来,
首选技术 [ 1 ] 。超声换能器是医疗超声诊断系统的核 随着以铌镁酸铅 - 钛酸铅( PMN-PT ) 系列弛豫铁电
心部件, 可实现电能和声能之间的转换, 其性能决定 单晶为代表的高性能压电材料的发展 [ 4-5 ] , 综合性能
着图像质量。为了得到优质的超声图像, 需要超声 优于 PZT 的 PMN-PT 成为高灵敏度、 低噪声换能
换能器具有高灵敏度, 高带宽 [ 2 ] 的特点。 器的理想功能材料, 目前已应用于医用超声相控阵

传统医疗换能器常用的功能元件是由 PbZrO 3 - 换能器的研制中。人的心脏位于肋骨之下, 超声声
[ 3 ] 制成的 PZT ( 锆钛酸铅) 系列压电陶瓷, 其
PbTiO 3 束仅能通过肋骨之间的窄缝进入胸腔, 这要求换能
器体积必须小。
笔者设计了 PMN-32%PT 单晶材料的医用超
收稿日期: 2021-07-01
基金项目: 上海材料研究所技术创新项目( 21181302 )
声相控阵换能器, 该换能器中心频率约为2.6MHz ,
作者简介: 张 浩( 1990- ),男,硕士, 工程师, 主要从事超声换

能器方向的研究工作 -6dB 带宽为 80% 以上, 且具有高灵敏度, 可用于
对心脏疾病的显像诊断。
通信作者: 张 浩, zhan g hao324419@126.com
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2022 年 第 44 卷 第 1 期
无损检测