论文摘要：超声聚焦相控阵的研究
近年来，随着科学技术的飞速发展，超声相控阵已广泛的应用在医
学、无损检测等方面，所谓相控阵，就是由多个压电陶瓷片（阵元）按一定的分
布排列，然后逐次按欲先规定的延迟时间激发，就可以实现声波的聚焦。实际制
做时，可以直接从一块压电陶瓷板上进行分割或切除。相控阵可分为线性阵，平
面阵（2D 阵），圆环阵等。最早的线性阵，为了分析计算方便，相控阵是由若干
个点源均匀分布在同一直线上构成的。这种方法虽然计算方便，但实际很难实现，
真正的振元总是有一定的尺寸，这种方法忽略了阵元的尺寸对聚焦效果的影响，
后来，另一种线性阵的模型被提出，即认为单个阵元具有一定宽度a，长度L为
无限长,或者说a远小于L，这种模型忽略了阵元长度L对声波聚焦效果的影响。
平面阵的阵元是由具有一定宽度，一定长度的矩形构成的。该阵可望在未来诊断
超声技术中提高成像质量。本文推出了平面阵的空间声压分布表达式，并研究了
平面阵的几何尺寸对声波聚焦效果的影响，为相控阵的进一步研究提供了理论依
据。平面阵可以在三维空间内任意点实现聚焦，如果只需要沿一条直线实现点聚
焦，那我们可以采用由同心圆环活塞换能器构成的聚焦相控阵，本文对该阵也进
行了推导和研究。论文的主要内容如下：
一、矩形活塞相控阵：
1. 利用瑞利积分推出了单个矩形活塞换能器的远场声压表达式。画出了声压
分布图，并就单个矩形活塞的指向性进行了研究，画出了指向性图。
2. 根据相控阵的延时聚焦原理，推出了相控阵的声压分布表达式，采用数值
分析法，利用计算机软件画出了声压分布图。
3. 研究了相控阵的几何尺寸对声波聚焦效果的影响，并设计了相控阵的合理
尺寸。
4. 研究了相控阵的声波在远场的传播。
二、同心圆环活塞相控阵：
1. 利用瑞利积分推出了单个圆环活塞换能器的远场声压表达式。画出了声压
分布图，并对其指向性进行了研究，画出了指向性图。
2. 研究了单个圆环的近声场指向性。
3. 根据相控阵的延时聚焦原理，推出了相控阵的声压分布表达式，采用数值分析法，利用计算机软件画出了声压分布图。
三、电路设计
1. 数字控制多通道信号发射系统简介。
2. 数字系统的产生与编程实现。
3. 相控阵换能器的测量接收系统。
