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754 2018 年 9 月

同，确认了本文中所用关于声辐射力数值仿真模型 验证了模型的正确性，在此基础上，本文主要
的正确性。 研究针对大张角共焦换能器的不同参量对声辐射
力、剪切波位移的影响，参量主要包括换能器几何
14
张角和频率，通过研究其对声辐射力的影响，来选择
12
更适合实际需要的共焦换能器以提高振动声成像
10
的效率。声场参数如表1所示。
8
ԍҧ/Pa 6 表 1 声场参数 [8,20]

4 [8,20]
Table 1 Sound field parameters
2
ρ 0 / c 0 / α ∗/
0 媒质 β 0 µ
(kg·m −3 ) (m·s −1 ) (Np·m −1 MHz −1 )
-2
-0.08 -0.06 -0.04 -0.02 0.00 0.02 0.04 水 1050 1550 0 3.50 2.00
ᣉՔᡰሏ/m 肝脏 1050 1596 1.2 6.00 1.14
图 2 轴向压力对比图
3.1 改变张角的仿真计算结果
Fig. 2 The axial distribution of axial pressure
改变共焦换能器的张角有两种方案。方案一：
然后验证切变位移计算模型的正确性，得到的 改变大张角球面聚焦换能器的开口半径以改变张
切变位移均使用归一化位移，设置参数与参考文 角，与此同时保持环状换能器的张角不变，这里称
献 [9] 一致，即共焦换能器外径为 21 mm，内径为 球面聚焦换能器的张角为内角；方案二：改变大张
14 mm，环状换能器的内径为 13 mm，几何焦距为 角环状换能器的开口半径以改变张角，与此同时保
70 mm，中心频率为 2.0 MHz，差频频率为 500 Hz， 持球面换能器的张角不变，这里称环状换能器的张
声波在水中的传播速度为 1550 m/s，剪切波在介质
角为外角。因这里所取的 a 21 > a 1 ，导致 a 21 变化受
中传播速度为 3 m/s，介质的剪切粘度为 0.15 Pa·s， 限，这里对改变环状换能器的内径 a 21 的方案不做
辐射时间为 1.2 ms，观测点距几何焦距的距离为
分析。研究表明，当 a 21 > a 1 时，可以有效降低共
1.1 mm，其中换能器和肝脏组织均置于水中。由
焦换能器之间的共振等相互作用，且实际可操作性
图 3 可知，本文切变位移计算模型得到的结果变化
强，故取 a 21 > a 1 ，但是当两者相同时亦可。以下对
趋势为类似正弦波变化，与文献[9]变化趋势基本相
两种方案分别进行仿真模拟，分析其结果，这两种
同，确认了本文中所用计算切变位移数值仿真模型
方案采用相同的中心频率 f 0 = 1.5 MHz，差频频率
的正确性。
∆f = 50 Hz，相同的几何焦距r = 10 cm，初始声压
p 0 = 100 kPa。
1.0
方案一所用参数如表 2 所示。固定环状换能器
的内外径均不变，改变球面聚焦换能器的开口半径
0.5
ॆʷӑͯረ 0.0 表 2 方案一所用参数

Table 2 The parameter used in the first
-0.5
scheme
-1.0
a 1 /cm a 21 /cm a 22 /cm r/cm θ /( ) θ /( )
◦
◦
外
内
0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.5 4.5 5 10 14.48 30
௑ᫎ/ms
3 4.5 5 10 17.46 30
图 3 本文的仿真结果 3.5 4.5 5 10 20.49 30
Fig. 3 The simulation result of this paper 4 4.5 5 10 23.58 30