基于電潤濕效應(yīng)的動態(tài)聚焦超聲液體透鏡研究.pdf

1、超聲技術(shù)自誕生以來發(fā)展迅速，在日常生活、工程測量與檢測、醫(yī)學(xué)診斷與治療和科學(xué)研究與分析的各個領(lǐng)域都發(fā)揮了重大的作用。采用超聲技術(shù)進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷和治療是生物醫(yī)學(xué)工程上的重要研究方向，基于超聲的醫(yī)學(xué)診療技術(shù)在醫(yī)學(xué)研究和臨床醫(yī)療方面做出了重要貢獻(xiàn)。超聲聚焦技術(shù)作為超聲技術(shù)的關(guān)鍵，越來越多的被國內(nèi)外科研人員重視。
　　常見的超聲聚焦方案目前有以下幾種，磨制成特定面型的壓電陶瓷超聲聚焦換能器、特定規(guī)格的固體超聲聚焦透鏡和多元電子相控陣超聲聚焦

2、等。前兩者超聲聚焦方式采用的設(shè)備結(jié)構(gòu)比較簡單，但換能器的焦距或超聲透鏡焦距固定，使得這兩種方式只能通過機(jī)械（電機(jī)、齒輪等）方式和更換透鏡規(guī)格進(jìn)行調(diào)焦，操作不便，調(diào)焦精度較差，使用效率不高，難以滿足人們對于超聲診療的需求；電子相控陣超聲聚焦換能器是通過控制單獨的壓電陶瓷超聲振元模塊進(jìn)行聚焦，其原理和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故造價昂貴且不易應(yīng)用。一種簡單快速準(zhǔn)確的動態(tài)超聲聚焦方案成為國內(nèi)外研究的重點方向。
　　通過文獻(xiàn)調(diào)查，液體超聲透鏡已經(jīng)在前人的

3、研究中被證實可行，所以本文結(jié)合首先應(yīng)用于光學(xué)聚焦領(lǐng)域的電潤濕液體透鏡原理，創(chuàng)新性的提出了基于電潤濕效應(yīng)的動態(tài)聚焦超聲液體透鏡，并通過數(shù)學(xué)理論建模分析和軟件仿真，得到了電壓等相關(guān)參數(shù)對于液體透鏡的調(diào)制和影響關(guān)系。
　　本文的動態(tài)聚焦超聲雙液體透鏡是基于電潤濕效應(yīng)提出的，電潤濕效應(yīng)即固液三相接觸角可以通過外加調(diào)制電壓的激勵發(fā)生改變，實現(xiàn)液體透鏡曲率半徑的變化從而進(jìn)行動態(tài)變焦。文中仿真了電壓與液體透鏡固液三相接觸角、透鏡曲率半徑的關(guān)系，

4、對比了不同液體介質(zhì)材料、不同介電層厚度對于透鏡聚焦能力的影響，并通過多物理場仿真軟件對液體透鏡的物理動態(tài)形變和聚焦過程進(jìn)行了模擬仿真，得到了不同外加調(diào)制電壓、不同液體介質(zhì)相對介電常數(shù)、表面張力系數(shù)、介電層厚度、動力粘度系數(shù)以及不同液體透鏡孔徑對于液體透鏡動態(tài)形變和聚焦過程的響應(yīng)時間及最終面型的影響。
　　文中通過對超聲場基本概念和理論的分析，建立了基于電潤濕效應(yīng)的動態(tài)聚焦超聲液體透鏡的理論和物理模型，并通過軟件對液體透鏡后聚焦聲場