Optimized Backing Layers Design for High Frequency Broad Bandwidth Ultrasonic Transducer

传感器 超声波传感器 带宽(计算) 声学 压电 材料科学 阻抗匹配 声阻抗 电阻抗 超声波 电子工程 计算机科学 工程类 电气工程 电信 物理
作者
Chenxue Hou,Chunlong Fei,Zhaoxi Li,Shuxiao Zhang,Jiujing Man,Dongdong Chen,Runcong Wu,Di Li,Yintang Yang,Wei Feng
出处
期刊:IEEE Transactions on Biomedical Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:69 (1): 475-481 被引量:16
标识
DOI:10.1109/tbme.2021.3098567
摘要

Ultrasonic transducers with broad bandwidth are considered to have high axial resolution and good ultrasound scanning flexibility for the clinical applications. The limitations of spatial resolution due to bandwidth are of great concern in ultrasound medical imaging. The method of acoustic impedance matching between the piezoelectric element and medium is commonly used to obtain broad bandwidth and high resolution. In this study, an optimized backing layer design was proposed to broaden the bandwidth by adding a tunable acoustic impedance matching layer of backing (AIMLB) between the backing layer and the piezoelectric ceramic element. The Mason equivalent circuit method was used to analyze the effect of the backing material composition and its structure on the bandwidth of the transducer. The optimized transducer was simulated using the finite-element method with the PZFlex software. Based on the PZFlex simulations, a 20-MHz ultrasonic transducer using the AIMLB with a bandwidth of approximately 92.29% was fabricated. The experimental results were in good agreement with the simulations. The ultrasonic imaging indicated that the designed ultrasonic transducer with an additional AIMLB had high performance with good imaging capability.
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