ما هو كشف الهيدروفون

الهيدروفون هو محول يحول إشارة ضغط الصوت تحت الماء إلى إشارة كهربائية. عند حدوث ضغط (اضطراب صوتي) على المادة الكهرضغطية تتغير أنابيب السيراميك الانضغاطية ، يتغير توزيع الشحنة داخل المادة الكهرضغطية بشكل متناسب وينعكس على شكل إشارة جهد، بحيث يمكن استخلاصها من خلال القطب الكهربائي الموجود على سطح العنصر الكهرضغطي. يتم تضخيم هذه الشحنات بواسطة مضخم الجهد أو مضخم الشحن، ويعرض راسم ذبذبات معالجة الإشارات صورة تعكس الشكل الموجي للموجة الصوتية. وهكذا، يتم الانتهاء من قياس ضغط الصوت في مجال الصوت بالموجات فوق الصوتية بطريقة واضحة للغاية. المواد التقليدية المستخدمة لاختبار مجال الصوت بالموجات فوق الصوتية هي السيراميك الكهرضغطي وPVDF (فلوريد البولي فينيلدين). يتمتع السيراميك الكهرضغطي بصلابة وحساسية عالية، ويمكنه تحمل نطاق معين من ضغط الصوت في مجال HIFU بطاقة منخفضة، ولكن تزداد شدة الصوت. 

عندما الكبيرة يتم كسر محول أنبوب أسطوانة بيزو بسهولة، والنطاق الديناميكي الخطي صغير، والمقاومة الصوتية عالية، بحيث يكون للهيدروفون تداخل معين في مجال الصوت المقاس. إن المعاوقة الصوتية PVDF قريبة من المعاوقة الصوتية للماء، مع مطابقة جيدة للمقاومة الصوتية، والملمس الناعم، والمعالجة السهلة هي خصائص كيميائية مستقرة، مع استجابة تردد واسعة وخطية ممتازة. النطاق الديناميكي أكبر من نطاق الهيدروفونات الخزفية الكهرضغطية. لذلك، يتم استخدام PVDF حاليًا بشكل عام للقياس. يمكنه تحسين استجابة التردد غير المتساوية التي تنتجها السيراميك الكهرضغطية وتقليل التداخل في مجال الصوت القياس طالما أن الفيلم رقيق بدرجة كافية. PVDF متوفر في كلا النوعين من الأفلام والإبرة. قطر نوع الفيلم أكبر من 5 سم، بينما قطر الإبرة أقل من 1 مم، مما يسهل تلفها في مجال الصوت HIFU. يبلغ حجم المنطقة البؤرية HIFU حوالي 1.1 مم × 2.1 مم × 3.2 مم. يتميز PVDF بعيب الدقة المكانية المنخفضة وله تأثير حافة. لا يمكن جعل الحجم صغيرًا جدًا. يقتصر على درجة الحرارة. عندما تصل درجة الحرارة إلى 60 درجة مئوية، سيحدث إزالة الاستقطاب، ويكون معدل إعادة الاستخدام منخفضًا، ويتطلب قياس الهيدروفون طريقة ميكانيكية للمسح نقطة بنقطة. حتى لو تم مسح مستوى 10×10 سم2، فإن ذلك يستغرق عدة ساعات في أسرع وقت، لذلك يتم استخدام بعض الخطوط البسيطة، يصف الأنبوب الانضغاطي لمحولات الطاقة الصوتية المائية أن توزيع مجال الصوت أصبح أمرًا لا مفر منه.

إن استخدام الكرات المجوفة الخزفية الكهرضغطية عالية التردد كسماعات مائية له مزايا فريدة من حيث الهندسة والحجم والحساسية. يبلغ قطر الكرة من 0.7 إلى 1 ملم، وتردد الرنين من 1.8 إلى 2.7 ميجا هرتز، وحساسيتها ضعف حساسية دبوس هيدروفون. يتمتع بثبات ممتاز ويتعرض لضغط أربعة أضعاف ضغط دبوس هيدروفون. إنه مستشعر مثالي لقياس مجالات الصوت عالية الكثافة. تم الإبلاغ عن نوع جديد من الهيدروفونات لقياس مجال الصوت HIFU، والذي يشير إلى أن المستشعر يمكنه قياس قوة الصوت أثناء علاج HIFU، وبالتالي يضمن محول الطاقة الكهرضغطية الحساس التوصيل الدقيق للطاقة أثناء العلاج، وقياس قوة الإشعاع. بالمقارنة مع قياسات الهيدروفونات، فإن مكوناته متينة ولها تأثير صغير على درجة الحرارة. في عام 2006، صمم زانيلي وهوارد مكبر صوتًا مائيًا يتجنب بشكل فعال أضرار التجويف. يتم وضع السيراميك الكهرضغطي في درع معدني لتوفير سطح خارجي أملس لنواة التجويف على السطح. يتم تقليل احتمال حدوثه إلى الحد الأدنى. في الماء منزوع الأيونات، حقق قياس المجال الصوتي لمحول الطاقة بتردد 1.50 ميجاهرتز وقطر 100 مم وطول بؤري 150 مم نتائج جيدة. ومع ذلك، فإن النطاق الديناميكي الخطي للسيراميك الكهروإجهادي غير كافٍ، مما يؤثر على الحد الأعلى الذي يستخدمه في قياسات HIFU.

حول فحص الألياف، يتميز مستشعر الألياف الضوئية بالتداخل الكهرومغناطيسي المضاد، وصغر الحجم، والدقة المكانية العالية، وعرض النطاق الترددي للاستجابة الواسعة وسرعة الاستجابة السريعة للغاية، وقد تم استخدامه على نطاق واسع في العديد من المجالات. يشير اكتشاف الألياف الضوئية لمجال الصوت بالموجات فوق الصوتية إلى طريقة للحصول على إشارة مجال الصوت من خلال تحليل الإشارات الضوئية مثل شدة الضوء والطور البصري المشكل بواسطة مجال الصوت في الألياف الضوئية. يشيع استخدامها في طريقة الوجه النهائي وطريقة صريف الألياف وطريقة الحيود الصوتي البصري. يُقترح قياس مجال الصوت باستخدام تغير الضوء المنعكس في نهاية الألياف، وهي طريقة الوجه النهائي. وهي مغلفة بوسيط متعدد الطبقات في نهاية الألياف. عندما تسقط الموجة الصوتية على وسط متعدد الطبقات، فإنها تسبب تشوهًا مرنًا للوسط. في كل مستوى، هناك ضوء منعكس، وبالتالي فإن المجموع للأنبوب الخزفي الكهرضغطي الضوء من جميع الطبقات. ينعكس الضوء المنعكس ونتيجة للتداخل، يمكن قياس ضغط الصوت عند الوجه النهائي للألياف عن طريق قياس التغير في شدة الضوء المنعكس. ويشار أيضًا إلى أن الانحراف غير الخطي لهذا النوع من أجهزة الاستشعار أقل من 5% عند -3-30MPa. في عام 1996، وبناءً على ذلك، تم اقتراح وتصميم نموذج أولي لمستشعر الألياف المغلفة متعدد الطبقات.

 ويعتقد أنه يمكن استخدام المستشعر لموجات الصدمة عالية الطاقة وقياسات الموجات فوق الصوتية التشخيصية منخفضة الطاقة. ومع ذلك، فإن مسبار المستشعر لديه مقاومة محدودة للتأثير في مجال الصوت HIFU. قام كوتش بتحسينه باستخدام ألياف أحادية الطبقة ويستخدم قياس تداخل ميشيلسون لتحسين الحساسية. يتم استخدام ألياف ضوئية أحادية الغشاء مع سطح لوحة من التيتانيوم كذراع لمقياس التداخل. تحت تأثير مجال الصوت، سيتحرك الوجه النهائي للألياف قليلاً. يمكن اكتشاف هذا الإزاحة الصغيرة بواسطة مقياس التداخل. كان مصدر الضوء المستخدم في التجربة هو مصدر ليزر He2He بقدرة 2 ميجاوات، وكان الغرض من الصمام الثنائي الضوئي هو تقليل الضوضاء. بالمقارنة مع طريقة قياس التغير في شدة الضوء، فإن الحساسية أعلى، ولكن نظام المسار البصري أكثر تعقيدا، ومتطلبات عزل الاهتزاز عالية، مما يؤثر على تطبيقه العملي.