超声波传感器.doc

超声波传感器论文系 部：机电工程系 专 业：物联网 班 级：1122 姓 名：雷伟 学 号：1132106213 指导老师：诸跃进 时 间：2013年11月16日 前言人们能听到的声音是由物体振动产生的，其频率在20Hz-20kHz范围内。超过20kHz的波称为超声波，低于20Hz的波称为次声波。常用的超声波频率在几十千赫兹至几十兆赫兹之间。超声波技术是一种以物理、电子、机械及材料学位基础的各行各业都要使用的通用技术之一。他是通过超声波产生、传播及接受的物理的过程完成的。超声波具有聚束、定向及反射、投射等特性。按超声波振动辐射大小不同大致可分为:用超声波使物体或物性变化的功率应用，称之为功率超声；用超声波获取诺干信息，称之为检测超声。这两种超声的应用都必须借助于超声波探头（换能器或传感器）来实现。目前，超声波技术广泛用于冶金、船舶、机械、医疗等各个部门的超声探伤、超声清洗、超声焊接、超声检测和超声医疗等方面。并取得了很好的社会效益和经济效益。本次我就讲讲超声波在医疗上的碎石方面的应用。目录前言.1. 超声波传感器背景1.1背景.1.2现状.2.超声波传感器应用原理. 2.1工作原理. 2.2超声波碎石原理.3.超声波电路图.4.总结.5.参考文献.5.1参考教材.5.2参考书.5.3网络百度检索.摘要：超声波的威力很强，可以用超声波击碎人体的结石。具体方法如下让患者躺在一个特殊的床上，在患者结石处有一个圆形的槽，超声波发射器在槽的中央通过回超声波的回声的强大冲击力来击碎体内结石。不用开刀，不会对身体造成伤害。关键词:超声波碎石 机械振动能 共振1. 超声波传感器背景1.1背景在人们日常生活中，有这样或那样的原因导致人体内出现结石。人体内的结石是多种多样的，它包括：消化系统结石，如胃结石、胆结石、胰腺结石、肾结石和肠道结石；呼吸系统结石，如肺结石和支气管结石；还有五官处的结石，如眼部结石、鼻结石和牙结石等。各种结石的成因各不相同。结石产生后小颗可以自由排出，但较大的会让人痛不欲生。传统手术，伤口较大，操作也复杂。而且术后恢复较慢，周期长。所以在漫长的研究中人们猜想可以用超声波震碎结石，人体的共振频率在次声波，所以对人体基本无害。用超声波碎石，无伤口，术后恢复较快，花费也相对较小。1.2现状国内在超声波治疗领域起步稍晚，于20世纪50年代初才只有少数医院开展超声治疗工作，从1950年首先在北京开始用800KHz频率的超声治疗机治疗多种疾病，至50年代开始逐步推广，并有了国产仪器。公开的文献报道始见于1957年。到了70年代有了各型国产超声治疗仪，超声疗法普及到全国各大型医院。 40多年来，全国各大医院已积累了相当数量的资料和比较丰富的临床经验。特别是20世纪80年代初出现的超声体外机械波碎石术和超声外科，是结石症治疗史上的重大突破。如今已在国际范围内推广应用。高强度聚焦超声无创外科，已使超声治疗在当代医疗技术中占据重要位置。而在21世纪(HIFU)超声聚焦外科已被誉为是21世纪治疗肿瘤的最新技术。而超声波碎石发展更慢一点，体外震波碎石是20世纪80年代的高新技术。1980年2月首先由德国慕尼黑市Chaussy等用于临床治疗肾结石取得良好效果。1983年该国Dornier公司相继制造出HM3,HM4等类型碎石机。ESWL大大促进了尿路结石治疗的进展，揭开了物理医学的新篇章。现在，各大医院基本都有碎石仪器，对一些不太复杂的结石疾病快速解决。2. 超声波传感器应用原理2.1工作原理超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是指频率高于20kHz的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。2.2超声波碎石工作原理超声碎石是利用电能转变成声波，声波在超声转换器内产生机械振动能，通过超声电极传递到超声探杆上，使其顶端发生纵向振动，当与坚硬的结石接触时产生碎石效应，但对柔软的组织并不造成损伤。超声波传递进结石，在结石的表面产生反射波，结石表面会受压而破裂；当超声波完全穿过结石时，在界面被再次反射，这一反射产生张力波，当张力波的强度大于结石的扩张强度时，结石破裂。 超声探杆为中空探杆,口径很粗，灌洗液和结石屑可通过中空的探杆吸出，因此视野清晰，不易残留结石屑，但要求输尿管镜很粗。超声碎石所用的频率为23kHz27kHz，探杆尖端的振幅为30m100m。冲击波形成机理：非线性声学。正弦有限振幅声波传播时：介质密度介质可压缩性传播速度。波形上压力不同点，声速不同，导致波形变化。图(a)：声源处的原始声压波形。A点：最大声压处，传播速最快，大于线性声波声速。B点：最负声压处，传播速最慢，小于线性声波声速。O点：零声压处，传播速度居中，等于线性声波声速。图(b)：传播中波形畸变。图(c) ：导致波形呈锯齿状冲击波。 超声波碎石机理3. 超声波电路图微型超声波发生器电路图超声波传感器主要组成结构（探头）：超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。4. 总结科技的发展往往给人们带来惊喜，作为科技中的高科技传感器，它的发展带给我们更多的惊喜。内科手术可以通过无形的超声波来体外完成，虽然现在只能做一些简单的碎石手术，但这何尝不是医疗的一大进步，往后将不断进步。最初超声波传感器在医疗上最为探测手