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                         1.0                                                       ͌ᄾ  ᫼Ћᫎᡰ 70 mm
                                                               1.0
                                                                                   ͌ᄾ  ᫼Ћᫎᡰ 140 mm
                                             ᫼Ћᫎᡰ 70 mm                            ฾᧚  ᫼Ћᫎᡰ 70 mm
                         0.8                                                       ฾᧚  ᫼Ћᫎᡰ 140 mm
                                             ᫼Ћᫎᡰ 140 mm       0.8
                       ॆʷӑܦԍ  0.6                             ॆʷӑܦԍ  0.6
                                                               0.4
                         0.4
                                                               0.2
                         0.2
                                                                0
                          0
                           0     40    80    120   160   200     0       50      100     150     200
                                      ഷՔᡰሏ/mm                                ഷՔᡰሏ/mm
                             (a) ˀՏ᫼Ћᫎᡰᄊॲیᄱ଍᫼ഷՔܦڤ                (b) ˀՏ᫼Ћᫎᡰᄊॲیᄱ଍᫼ഷՔܦڤ͌ᄾˁ฾᧚

                                           图 8  本文与斯坦福大学计算模型的仿真对比
                    Fig. 8 The comparison of calculation model simulation between this paper and Stanford University

             图  [9] 。可以看出，采用同样阵元参数，焦点位置均为                      线性相控阵微纳换能器的性能受多种因素的影响，
             F(0,0,1.5 mm)，本文与斯坦福大学的仿真结果基本                     在微尺度超声检测成像的实际应用中需要各方综
             一致，本文的理论计算可以在斯坦福大学的实验结                            合考虑，结合实际操作，给出合理的参数设计方案，
             果中得到验证，说明本文采用的模型是实际可操作                            为制备微纳线性相控阵换能器提供理论参考。
             的。此外，本文也对斯坦福大学的文章中没有研究
             到的因素做了补充和完善，更全面地探讨了微纳线                                           参 考 文        献
             性相控阵超声换能器参数设计的理论分析。
                                                                 [1] 钟志民, 梅德松. 超声相控阵技术的发展及应用 [J]. 无损检
             4 结论                                                  测, 2002, 24(2): 69–71.
                                                                   Zhong Zhimin, Mei Desong. Development and application
                                                                   of ultrasonic phased array technology[J]. Nondestructive
                 本文研究了理想介质下线性相控阵微纳换能
                                                                   Testing, 2002, 24(2): 69–71.
             器的不同参数，包括阵元数目、阵元宽度和阵元间                              [2] 宋寿鹏, 阙沛文, 刘清坤. 海底管道检测用线聚焦超声探头声
             距对微纳线阵横向声场中主瓣、旁瓣及栅瓣的影响。                               场研究 [J]. 压电与声光, 2006, 28(2): 227–228.
                                                                   Song Shoupeng, Que Peiwen, Liu Qingkun. Study on the
             研究结果表明：
                                                                   acoustic field of line-focusing ultrasonic transducer used in
                 (1) 增加阵元数目，可以得到较大的主瓣强                             seabed pipeline detection[J]. Piezoelectrics & Acoustoop-
             度，较小的 −3 dB 主瓣宽度。阵元数目小于 32 时，                         tics, 2006, 28(2): 227–228.
             −3 dB 主瓣宽度随着阵元数目的增加迅速降低；大                           [3] Clay A C, Wooh S C, Azar L, et al. Experimental study
                                                                   of phased array beam steering characteristics[J]. Journal
             于32时，−3 dB主瓣宽度随着阵元数目的增加缓慢                             of Nondestructive Evaluation, 1999, 18(2): 59–71.
             减小，但是，增加阵元数目对横向声场中旁瓣的抑制                             [4] Ocheltree K B, Frizzel L A. Sound field calculation for
             效果变差。                                                 rectangular sources[J]. IEEE Transactions on Ultrasonics
                                                                   Ferroelectrics & Frequency Control, 1989, 36(2): 242–248.
                 (2) 增大阵元间距，可以得到较窄的 −3 dB 主                      [5] 施克仁, 郭寓岷. 相控阵超声成像检测 [M]. 北京: 高等教育出
             瓣宽度、较高的分辨率，但与此同时，声压强度随之                               版社, 2010.
             减小，对旁瓣的抑制效果也随之变差，此外，当阵元                             [6] 杜功焕, 朱哲民, 龚秀芬. 声学基础 (上册) [M]. 上海: 科学技
                                                                   术出版, 1981: 187–189.
             间距增大到 1/2 波长时，会导致横向声场分布中出                           [7] 余新亮. 相控阵超声成像检测技术研究及应用 [D]. 宜昌: 三
             现栅瓣。                                                  峡大学, 2013.
                 (3) 增大阵元的宽度，可以得到较大的主瓣强                          [8] Wooh S C, Shi Y. Optimum beam steering of linear phased
                                                                   arrays[J]. Wave Motion, 1999, 29(3): 245–265.
             度，旁瓣也得到良好的抑制，但 −3 dB 主瓣宽度随                          [9] Lu Y, Tang H Y, Fung S, et al. Pulse-echo ultrasound
             之增大，横向分辨率降低。                                          imaging using an AlN piezoelectric micromachined ul-
                 此外，阵元参数的改变也会受到换能器尺寸、                              trasonic transducer array with transmit beam-forming[J].
                                                                   Journal of Microelectromechanical Systems, 2016, 25(1):
             制作成本及压电陶瓷晶片制作工艺的限制。总之，
                                                                   179–187.
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