Што такое выяўленне гідрафона

Гідрафон - гэта пераўтваральнік, які пераўтворыць сігнал гукавога ціску пад вадой у электрычны. Калі ціск (акустычныя перашкоды) на п'езаэлектрычны матэрыял зменаў п'езакерамічных трубак , размеркаванне зарада ўнутры п'езаэлектрычнага матэрыялу змяняецца прапарцыйна і адлюстроўваецца ў выглядзе сігналу напружання, таму яго можна выняць праз электрод на паверхні п'езаэлектрычнага элемента. Гэтыя зарады ўзмацняюцца з дапамогай узмацняльніка напружання або ўзмацняльніка зарада, і асцылограф апрацоўкі сігналу адлюстроўвае выяву, якая адлюстроўвае форму гукавой хвалі. Такім чынам, вымярэнне гукавога ціску ў ультрагукавым гукавым полі выконваецца вельмі простым спосабам. Традыцыйныя матэрыялы, якія выкарыстоўваюцца для ультрагукавога тэсціравання гукавога поля, - гэта п'езаэлектрычная кераміка і PVDF (полівінілідэнфтарыд). П'езаэлектрычная кераміка мае высокую цвёрдасць і адчувальнасць і можа вытрымліваць пэўны дыяпазон гукавога ціску ў полі HIFU пры нізкай магутнасці, але інтэнсіўнасць гуку павялічваецца. 

Калі вялікі п'езацыліндрычны трубкавы пераўтваральнік лёгка ламаецца, лінейны дынамічны дыяпазон невялікі, а акустычны імпеданс высокі, так што гідрафон стварае пэўныя перашкоды для вымярэння гукавога поля. Акустычны імпеданс PVDF блізкі да акустычнага імпедансу вады, з добрым супадзеннем акустычнага імпедансу, мяккай тэкстурай, лёгкай апрацоўкай, стабільнымі хімічнымі ўласцівасцямі, шырокай частотнай характарыстыкай і выдатнай лінейнасцю. Дынамічны дыяпазон большы, чым у п'езаэлектрычных керамічных гідрафонаў. Такім чынам, у цяперашні час для вымярэння звычайна выкарыстоўваецца PVDF. Гэта можа палепшыць няроўную частотную характарыстыку, якую стварае п'езаэлектрычная кераміка, і паменшыць перашкоды для вымяральнага гукавога поля, пакуль плёнка досыць тонкая. PVDF даступны як у выглядзе плёнкі, так і ў выглядзе іголак. Дыяметр тыпу плёнкі больш за 5 см, у той час як дыяметр іголкі менш за 1 мм, якая лёгка пашкоджваецца ў гукавым полі HIFU. Памер факальнай вобласці HIFU складае каля 1,1 мм × 2,1 мм × 3,2 мм. Недахопам PVDF з'яўляецца нізкае прасторавае раздзяленне і эфект краю. Аб'ём нельга рабіць вельмі маленькім. Ён абмежаваны тэмпературай. Калі тэмпература дасягае 60°C, адбываецца дэпалярызацыя, хуткасць паўторнага выкарыстання нізкая, і для вымярэння гідрафонам патрабуецца механічны метад сканавання кропка за кропкай. Нават калі скануецца плоскасць 10×10 см 2, гэта займае не больш за некалькі гадзін, таму выкарыстоўваецца некалькі простых ліній, пьезотрубка для гідраакустычных пераўтваральнікаў апісвае размеркаванне гукавога поля становіцца непазбежным.

Выкарыстанне высокачашчынных п'езаэлектрычных керамічных полых сфер у якасці гідрафонаў мае унікальныя перавагі з пункту гледжання геаметрыі, памеру і адчувальнасці. Шарык мае дыяметр ад 0,7 да 1 мм, рэзанансную частату ад 1,8 да 2,7 МГц і адчувальнасць, якая ў два разы перавышае адчувальнасць штыревога гідрафона. Ён валодае выдатнай стабільнасцю і падвяргаецца ціску ў чатыры разы большаму, чым штыфтовы гідрафон. Гэта ідэальны датчык для вымярэння гукавых палёў высокай інтэнсіўнасці. Паведамляецца аб новым тыпе гідрафона для вымярэння гукавога поля HIFU, які паказвае, што датчык можа вымяраць магутнасць гуку падчас лячэння HIFU, такім чынам адчувальны п'езаэлектрычны пераўтваральнік забяспечвае дакладную дастаўку энергіі падчас лячэння і вымярэнне сілы выпраменьвання. У параўнанні з вымярэннямі гідрафонам, яго кампаненты трывалыя і маюць невялікі тэмпературны ўплыў. У 2006 годзе Занэлі і Говард распрацавалі гідрафон, які эфектыўна пазбягае кавітацыйнага пашкоджання. п'езаэлектрычная кераміка змяшчаецца ў металічны экран, каб забяспечыць гладкую знешнюю паверхню для ядра кавітацыі на паверхні. Магчымасць узнікнення зведзена да мінімуму. У дэгазаванай дэіянізаванай вадзе вымярэнне гукавога поля пераўтваральніка з частатой 1,50 МГц, дыяметрам 100 мм і фокуснай адлегласцю 150 мм дало добрыя вынікі. Аднак лінейны дынамічны дыяпазон п'езаэлектрычнай керамікі недастатковы, што ўплывае на верхнюю мяжу, якую яна выкарыстоўвае ў вымярэннях HIFU.

Наконт праверкі валакна, зандзіраванне аптычнага валакна мае антыэлектрамагнітныя перашкоды, невялікі памер, высокае прасторавае разрозненне, шырокую паласу прапускання і надзвычай высокую хуткасць рэагавання, і шырока выкарыстоўваецца ў многіх галінах. Выяўленне аптычнага валакна ультрагукавога гукавога поля адносіцца да метаду атрымання сігналу гукавога поля шляхам аналізу аптычных сігналаў, такіх як інтэнсіўнасць святла і аптычная фаза, мадуляваная гукавым полем у аптычным валакне. Звычайна выкарыстоўваецца для метаду тарца, метаду валаконнай рашоткі і метаду акустааптычнай дыфракцыі. Прапануецца вымяраць гукавое поле з дапамогай змены адлюстраванага святла на канцы валакна, гэта значыць метадам тарца. Ён пакрыты шматслаёвай асяроддзем на канцы валакна. Калі гукавая хваля падае на шматслаёвае асяроддзе, гэта выклікае пругкую дэфармацыю асяроддзя. На кожным узроўні ёсць адлюстраванае святло, так што агульная колькасць п'езаэлектрычная керамічная трубка адлюстраванае святло - гэта адлюстраванае святло ад усіх слаёў. У выніку перашкод гукавы ціск на тарцы валакна можна вымераць шляхам вымярэння змены інтэнсіўнасці адлюстраванага святла. Таксама адзначаецца, што нелінейнае адхіленне датчыка гэтага тыпу складае менш за 5 % пры -3-30 МПа. У 1996 годзе на аснове гэтага быў прапанаваны і распрацаваны прататып валаконнага датчыка з шматслаёвым пакрыццём.

 Ён лічыць, што датчык можна выкарыстоўваць для высокаэнергетычных ударных хваль і нізкаэнергетычных дыягнастычных ультрагукавых вымярэнняў. Аднак датчык мае абмежаваную ўдаратрываласць у гукавым полі HIFU. Куч палепшыў яго з дапамогай валакна з адным пакрыццём і выкарыстоўвае інтэрфераметрыю Майхельсана для павышэння адчувальнасці. У якасці пляча інтэрферометра выкарыстоўваецца аднаплёнкавае аптычнае валакно з паверхняй тытанавай пласціны. Пад дзеяннем гукавога поля тарэц оптавалакна трохі зрушыцца. Гэта невялікае зрушэнне можна выявіць з дапамогай інтэрферометра. Крыніцай святла, якая выкарыстоўвалася ў эксперыменце, была крыніца лазера He2He магутнасцю 2 мВт, а прызначэннем фотадыёда было зніжэнне шуму. У параўнанні з метадам вымярэння змены інтэнсіўнасці святла, адчувальнасць вышэй, але сістэма аптычнага шляху больш складаная, і патрабаванні да вібраізаляцыі высокія, што ўплывае на яго практычнае прымяненне.