超声手术刀换能器的谐振频率特性研究

20世纪七、八十年代出现的|T作频率在20～30kHz的低频超声外科手术刀，采用超声能量粉碎、分离及切除人体的病变组织或器官，以达到手术治疗目的．它主要南两部分组成：超声功率源和超声振动系统，其中，超声振动系统又包含3个组成部分：超声换能器、聚能器和刀头．与传统的手术刀相比，因其具有操作简便、创伤小、手术质量高等优点，得到了较为广泛的应用⋯．近年来，许多学者从结构、材料、负载特性等方面对超声换能器的特性都做了一定的研究．本文主要是通过实验和用Matlab参数仿真，对超声手术刀换能器在谐振频率附近的工作特性进行了研究，另外，对匹配电感的大小进行了推算，以便选择更适合电路需要的电感工作．

1超声换能器简介超声换能器又称超声波振子，是指在超声频率范围内将交变的电信号转换成声信号或者将声信号转换成电信号的能量转换元件，它是超声设备中的关键器件．超声换能器的种类有很多．本实验所用的超声换能器为压电陶瓷材料制作的超声换能器，它由中央压电陶瓷元件、前后金属盖板、预应力螺杆、电极片以及绝缘管组成．这种夹心换能器在负荷变化时产生较稳定的超声波，是获得功率超声波的主要方法．它的T作频率比较低，在20kHz左右．

2超声换能器和等效电路及参数旧4J在谐振频率附近，对于压电元件而言，在低压电耦合系数和无耦合振动下，任一种模式的电特性都可以等效为如图1所示的等效电路．

当压电换能器的工作频率远远低于其内部固有的谐振频率时，压电换能器的电学特性等于1个电容器(从图2中可以看出，当∞<∞。时，Z<0)，通常就把这个称谓静态电容C。，它是受夹持压电振子的极板之间的电容，可以通过电容表直接测得．本文中我们利用电容电桥在1kHz下直接测得了c0的大小．然后导出C，、￡。的大小：1

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