Co je to detekce hydrofonu

Hydrofon je převodník, který převádí podvodní signál akustického tlaku na elektrický signál. Když tlak (akustická porucha) na piezoelektrický materiál piezokeramické trubice se mění, rozložení náboje uvnitř piezoelektrického materiálu se úměrně mění a projevuje se ve formě napěťového signálu, takže může být extrahován přes elektrodu na povrchu piezoelektrického prvku. Tyto náboje jsou zesíleny napěťovým zesilovačem nebo zesilovačem náboje a osciloskop pro zpracování signálu zobrazuje obraz, který odráží tvar zvukové vlny. Měření akustického tlaku v ultrazvukovém zvukovém poli je tak dokončeno velmi přímočarým způsobem. Tradiční materiály používané pro testování ultrazvukového pole jsou piezoelektrická keramika a PVDF (polyvinylidenfluorid). Piezoelektrická keramika má vysokou tvrdost a citlivost a snese určitý rozsah akustického tlaku v poli HIFU při nízkém výkonu, ale intenzita zvuku je zvýšená. 

Když velký piezo válcový trubkový měnič se snadno rozbije, lineární dynamický rozsah je malý a akustická impedance je vysoká, takže hydrofon má určitou interferenci s měřeným zvukovým polem. Akustická impedance PVDF se blíží akustické impedanci vody, s dobrým přizpůsobením akustické impedance, měkkou texturou, snadné zpracování, stabilní chemické vlastnosti, se širokou frekvenční odezvou a vynikající linearitou. Dynamický rozsah je větší než u piezoelektrických keramických hydrofonů. Proto se v současnosti pro měření obecně používá PVDF. Může zlepšit nerovnoměrnou frekvenční odezvu produkovanou piezoelektrickou keramikou a snížit rušení měřicího zvukového pole, pokud je film dostatečně tenký. PVDF je k dispozici ve formě fólie i jehly. Průměr typu fólie je větší než 5 cm, zatímco průměr jehly je menší než 1 mm, což se ve zvukovém poli HIFU snadno poškodí. Velikost ohniskové oblasti HIFU je asi 1,1 mm × 2,1 mm × 3,2 mm. PVDF má nevýhodu nízkého prostorového rozlišení a má okrajový efekt. Objem nemůže být příliš malý. Je omezena teplotou. Když teplota dosáhne 60 °C, dojde k depolarizaci, míra opětovného použití je nízká a měření hydrofonem vyžaduje mechanickou metodu pro bodové skenování. I když je naskenována rovina 10×10 cm 2, trvá to nejrychleji několik hodin, takže se použije několik jednoduchých řádků, piezoelektronky pro hydroakustické měniče popisují rozložení zvukového pole se stává nevyhnutelným.

Použití vysokofrekvenčních piezoelektrických keramických dutých koulí jako hydrofonů má jedinečné výhody z hlediska geometrie, velikosti a citlivosti. Kulička má průměr 0,7 až 1 mm, rezonanční frekvenci 1,8 až 2,7 MHz a dvojnásobnou citlivost než špendlíkový hydrofon. Má vynikající stabilitu a je vystaven čtyřnásobnému tlaku než pinový hydrofon. Je to ideální snímač pro měření vysoce intenzivních zvukových polí. Byl hlášen nový typ hydrofonu pro měření zvukového pole HIFU, který naznačuje, že senzor může měřit akustický výkon během léčby HI FU, tedy citlivý piezoelektrický měnič zajišťuje přesné dodání energie během léčby a měření síly záření. Ve srovnání s měřením hydrofonem jsou jeho součásti odolné a mají malý teplotní dopad. V roce 2006 Zanelli a Howard navrhli hydrofon, který účinně zabraňuje poškození kavitací. piezoelektrická keramika je umístěna v kovovém štítu, aby zajistila hladký vnější povrch pro kavitační jádro na povrchu. Možnost výskytu je snížena na minimum. V odplyněné deionizované vodě dosáhlo dobrých výsledků měření zvukového pole měniče s frekvencí 1,50 MHz, průměrem 100 mm a ohniskovou vzdáleností 150 mm. Lineární dynamický rozsah piezoelektrické keramiky je však nedostatečný, což ovlivňuje horní hranici, kterou používá při měření HIFU.

Pokud jde o kontrolu vláken, snímání optických vláken má antielektromagnetické rušení, malou velikost, vysoké prostorové rozlišení, širokou šířku pásma odezvy a extrémně vysokou rychlost odezvy a je široce používáno v mnoha oblastech. Detekce ultrazvukového zvukového pole optickým vláknem se týká způsobu získávání signálu zvukového pole analýzou optických signálů, jako je intenzita světla a optická fáze modulovaná zvukovým polem v optickém vláknu. Běžně se používá pro metodu koncové plochy, metodu vláknové mřížky a metodu akusticko-optické difrakce. Je navrženo měřit zvukové pole pomocí změny odraženého světla na konci vlákna, což je metoda koncové plochy. Na konci vlákna je potažena vícevrstvým médiem. Když zvuková vlna dopadá na vícevrstvé médium, způsobuje pružnou deformaci média. Na každé úrovni je odražené světlo, takže celkem piezoelektrická keramická trubice odražené světlo je odražené světlo ze všech vrstev. V důsledku interference lze měřit akustický tlak na koncové ploše vlákna měřením změny intenzity odraženého světla. Rovněž je třeba zdůraznit, že nelineární odchylka tohoto typu snímače je menší než 5 % při -3-30MPa. V roce 1996 byl na základě toho navržen a navržen prototyp vícevrstvého vláknového senzoru.

 Věří, že senzor lze použít pro vysokoenergetické rázové vlny a nízkoenergetická diagnostická ultrazvuková měření. Senzorová sonda má však omezenou odolnost proti nárazu ve zvukovém poli HIFU. Kouch to vylepšil o jednoplášťové vlákno a ke zlepšení citlivosti používá michelsonovu interferometrii. Jako rameno interferometru je použito jednovrstvé optické vlákno s povrchem titanové desky. Při působení zvukového pole se koncová plocha vlákna mírně posune. Toto malé posunutí lze detekovat interferometrem. Světelným zdrojem použitým v experimentu byl 2 mW He2He laserový zdroj a účelem fotodiody bylo snížit šum. Ve srovnání s metodou měření změny intenzity světla je citlivost vyšší, ale systém optické dráhy je komplikovanější a požadavek na izolaci vibrací je vysoký, což ovlivňuje jeho praktickou aplikaci.