Тэхнічны прынцып і прымяненне ультрагукавога пераўтваральніка дыяпазону

         Тэхнічны прынцып і прымяненне ультрагукавога пераўтваральніка дыяпазону

Ультрагукавыя пераўтваральнікі - гэта датчыкі, распрацаваныя з выкарыстаннем характарыстык ультрагукавых хваль. Ультрагук - гэта механічная хваля з частатой вібрацыі вышэй, чым у гукавых хваль, якая ствараецца ў выніку вібрацыі мікрасхемы пераўтваральніка пад дзеяннем напружання. Ён мае высокую частату, кароткую даўжыню хвалі, невялікую дыфракцыйную з'яву, асабліва добрую накіраванасць і можа быць арыентаваны як характарыстыкі распаўсюджвання прамянёў. Ультрагук мае вялікую пранікальную здольнасць вадкасцяў і цвёрдых цел, асабліва ў цвёрдых целах, непразрыстых для сонечнага святла, ён можа пранікаць на глыбіню ў дзесяткі метраў. Ультрагукавыя хвалі будуць ствараць значныя адлюстраванні, калі яны сутыкаюцца з прымешкамі або межамі падзелу, утвараючы рэха, а калі яны сутыкаюцца з рухомымі аб'ектамі, яны ствараюць эфект Доплера. Такім чынам, ультрагукавое выяўленне шырока выкарыстоўваецца ў прамысловасці, нацыянальнай абароне, біямедыцыне і г.д. Ультрагукавы пераўтваральнік адлегласці выкарыстоўваецца ў якасці метаду выяўлення, і ультрагукавыя хвалі павінны генеравацца і прымацца. Прыладай, якая выконвае гэтую функцыю, з'яўляецца ультрагукавой датчык, які прынята называць медыцынскім прыборам, або ультрагукавым зондам.

The Ультрагукавы зонд пераўтваральніка ў асноўным складаецца з п'езаэлектрычнай керамікі, якая можа як перадаваць, так і прымаць ультрагукавыя хвалі. Ультрагукавыя зонды малой магутнасці ў асноўным выкарыстоўваюцца для выяўлення. Ён мае мноства розных структур, якія можна падзяліць на прамы зонд (падоўжная хваля), касы зонд (зруховая хваля), зонд павярхоўнай хвалі (павярхоўная хваля), зонд хвалі Лэмба (хваля Лэмба), двайны зонд (адзін зонд адлюстравання, адзін зонд прыём) чакаць.

Ядро ан Ультрагукавы датчык ўзроўню ўяўляе сабой п'езаэлектрычную кераміку ў пластыкавай або металічнай абалонцы. Ёсць шмат відаў матэрыялаў, якія складаюць пласціны. Памер чыпа, напрыклад дыяметр і таўшчыня, таксама адрозніваецца, таму прадукцыйнасць кожнага зонда адрозніваецца, і мы павінны ведаць яго прадукцыйнасць загадзя, перш чым выкарыстоўваць яго. Да асноўных паказчыках працы ультрагукавых датчыкаў можна аднесці:

(1) Працоўная частата. Працоўная частата ультрагукавога датчыка адлегласці - гэта рэзанансная частата крышталя п'езаэлектрычнай керамікі. Калі частата напружання пераменнага току, якое падаецца на два яго канцы, роўная рэзананснай частаце мікрасхемы, выхадная энергія найбольшая, а адчувальнасць - самая высокая.

(2) Працоўная тэмпература. Паколькі кропка Кюры п'езаэлектрычнага матэрыялу звычайна адносна высокая, асабліва калі магутнасць п'езаэлектрычны ультрагукавой зонд для дыягностыкі адносна невялікі, рабочая тэмпература адносна нізкая, і ён можа працаваць на працягу доўгага часу без збояў. Тэмпература ультрагукавога зонда, які выкарыстоўваецца пры лячэнні, адносна высокая, і патрабуецца асобнае астуджальнае прылада.

(3) Адчувальнасць. Шмат што залежыць ад вырабу самой вафлі. Чым больш электрамеханічны каэфіцыент сувязі, тым вышэй адчувальнасць; у адваротным выпадку, чым ніжэй адчувальнасць.

Будова і прынцып працы

Пры падачы напружання п'езаэлектрычны керамічны пераўтваральнік , механічная дэфармацыя будзе адбывацца са зменамі напружання і частаты. З іншага боку, калі п'езаэлектрычная кераміка вібруе, утвараецца электрычны зарад. Выкарыстоўваючы гэты прынцып, калі электрычны сігнал падаецца на вібратар, які складаецца з дзвюх п'езаэлектрычных керамічных вырабаў або п'езаэлектрычнай керамікі і металічнага ліста, так званага біморфнага элемента, ультрагукавыя хвалі будуць выпраменьвацца з-за вібрацыі пры выгіне. Замест гэтага, калі ультрагукавыя ваганні ўжываюцца да біморфнага элемента, генеруецца электрычны сігнал. Грунтуючыся на вышэйзгаданых эфектах, п'езаэлектрычная кераміка можа выкарыстоўвацца ў якасці ультрагукавых датчыкаў.

Як і ультрагукавой пераўтваральнік, кампазітны вібратар гнутка замацаваны на падставе. Кампазітны вібратар уяўляе сабой камбінацыю рэзанатара і біморфнага вібратара, які складаецца з металічнай пласціны і п'езаэлектрычнай керамічнай пласціны. Рэзанатар мае форму трубы, мэта складаецца ў тым, каб эфектыўна выпраменьваць ультрагукавыя хвалі, якія ствараюцца вібрацыяй, і эфектыўна факусаваць ультрагукавыя хвалі на самай важнай частцы вібратара.

Ультрагукавы пераўтваральнік для вонкавага выкарыстання павінен мець добрую герметычнасць, каб прадухіліць пранікненне расы, дажджу і пылу. П'езаэлектрычная кераміка замацавана на ўнутраным боку верхняй часткі металічнай скрынкі. Аснова замацоўваецца на адкрытым канцы скрынкі і пакрываецца смалой. Для ультрагукавых датчыкаў, якія выкарыстоўваюцца ў прамысловых робатах, таўшчыня павінна дасягаць 1 мм, і яны маюць моцнае ультрагукавое выпраменьванне.

Немагчыма дасягнуць гэтага на частотах, вышэйшых за 70 кГц, выкарыстоўваючы выгібную вібрацыю звычайнага біморфнага вібратара. Такім чынам, у высокачашчынным выяўленні неабходна выкарыстоўваць п'езаэлектрычную кераміку з вертыкальным рэжымам вібрацыі па таўшчыні. У гэтым выпадку вельмі важным становіцца адпаведнасць акустычнага імпедансу п'езаэлектрычнай керамікі і паветра. Акустычны імпеданс п'езаэлектрычнай керамікі складае 2,6×107 кг/м2с, у той час як акустычны супраціў паветра складае 4,3×102 кг/м2с. Адрозненні ступеней у 5 прыводзяць да значных страт на п'езакерамічнай вагальнай выпраменьвальнай паверхні. Спецыяльны матэрыял, налеплены на п'езаэлектрычную кераміку, дзейнічае як акустычны адпаведны пласт, які адпавядае акустычнаму супраціўленню паветра. Гэтая структура можа дазволіць ультрагукавому датчыку нармальна працаваць, нават калі частата дасягае сотняў кГц.