تشخیص میدان صوتی سونوگرافی HIFU پیزو با شدت بالا

اول، فشار صدا از مبدل سرامیکی HIFU بسیار بزرگ است. هنگامی که فشار صوت از آستانه کاویتاسیون فراتر رود، کاویتاسیون در محیط اندازه گیری رخ می دهد. در این زمان، جت های محلی با فشار بسیار بالا و سرعت بالا تولید شده توسط انفجار حباب کاویتاسیون ارائه می شود. موج ضربه ای به سنسور آسیب می رساند. ثانیا، شدت صدا بسیار بالا است، حداقل شدت صدا کمتر از 1000W/cm2 نیست، که به راحتی باعث افزایش دمای دستگاه اندازه گیری می شود. هنگامی که دمای مواد حساس پیزو به دمای کوری می رسد، حساسیت سنسور به شدت کاهش می یابد. ثالثاً، اگر فاز ارتعاش هر نقطه از سطح تابشی مبدل یکنواخت نباشد، شدت صوت در کانون لزوماً متناسب با مجذور فشار صوت نیست. چهارم، اگر موج صوتی تابشی به دامنه موج محدود برسد، فرآیند انتشار آسان است. 

هارمونیک های غیرخطی تولید می شوند و اشباع صدا رخ می دهد. همه اینها اندازه گیری را دشوار می کند. سه جنبه اصلی وجود دارد: اول اینکه محدوده دینامیکی میدان صوتی HIFU بسیار زیاد است و شدت صدا در فوکوس بسیار بیشتر از نقطه غیر فوکوس است و تغییرات مقدار سه یا چهار مرتبه بزرگی است. دوم، در شرایط شدت صوت بالا، عوامل غیرخطی مانند کاویتاسیون تأثیر زیادی در اندازه گیری دارند. ثالثاً، اندازه‌گیری دقیق ناحیه کانونی صوتی نیاز به وضوح فضایی بالای دستگاه اندازه‌گیری و سنسور دارد. بنابراین، الزامات طراحی دستگاه اندازه گیری بالا است. توصیف دقیق پارامترهای دستگاه اندازه گیری میدان صوتی مبدل سرامیکی HIFU 4Mhz تحت فشار صدای بالا به یک موضوع مهم در توسعه فناوری HIFU تبدیل شده است. پارامترهای اصلی که میدان صوتی HIFU را توصیف می کنند، قدرت صدا، شدت صدا، فشار صدا و فاصله کانونی صدا هستند. تشخیص میدان صوتی HIFU هنوز یک روش کاملا ایده آل نبوده است. هر روش از یک جنبه از میدان صوتی HIFU برای تشخیص یک یا چند پارامتر میدان صوتی استفاده می کند. در حال حاضر روش های فشار تشعشع، روش اندازه گیری هیدروفون، بازرسی فیبر و تشخیص نوری از روش های اصلی تشخیص میدان صوتی HIFU هستند.

روش های رایج برای تشخیص میدان صوتی HIFU:

روش تشعشع برای تشخیص نیروی تشعشع یک روش اندازه گیری کاملاً ثابت است که بر اندازه گیری توان اولتراسونیک صفحه در یک مایع تمرکز دارد. در سال 1987، تحت شرایط آکوستیک هندسی،سرامیک های پیزو برای HIFU بدون پراش محدودیت فرکانس بالا و جهت میدان دور به عنوان یک تابع مستطیلی هستند، فرمول محاسبه نیروی تابش در میدان صوتی اولتراسونیک متمرکز مشتق شده است، انحراف در 30 درجه کمتر از 0.8٪ است. در سال 1998، که از روش هندسی صوتی برای استخراج فرمول کلی نیروی تابش اولتراسوند متمرکز بر روی هدف آزمایشی استفاده کرد، در مورد نیروی تابش بر هدف بازتاب کل و هدف جذب کل بحث شد و تأیید تجربی انجام شد. انحراف بین نتیجه اندازه گیری توان اولتراسونیک 1.6 مگاهرتز و روش کالریمتری بیش از 3٪ نیست. در سال 2005، شاو از آزمایشگاه ملی فیزیک انگلستان از انتگرال ها و آزمایش ها برای تأیید صحت فرمول کلی استفاده کرد. نتایج کاملاً سازگار بودند. با استفاده از روش ستون آب مبتنی بر تابش (آب فشار تابش صوتی یا چگالی انرژی صوتی نقطه اندازه‌گیری را اندازه می‌گیرد)، شدت میدان صوتی ولتاژ توان آند سرامیک پیزو برای مدار رانندگی دستگاه لیزر از 200 ولت تا 2600 ولت اندازه گیری می شود. 

اشاره می شود که روش ستون آب می تواند محدوده اندازه گیری میدان صوتی را تا 2000 وات بر سانتی متر مربع افزایش دهد، اما زمانی که ولتاژ به سطح معینی (2600 ولت) افزایش می یابد، قدرت صدا بسیار زیاد است و یک گروه حباب حفره شفاف در آب ایجاد می شود و میدان صوتی مختل می شود تا قدرت صدای اندازه گیری آشکار شود. ناپایدار که روند اشباع را نشان می دهد. چین استانداردهای ملی سنجش قدرت صدای اولتراسوند متمرکز با شدت بالا و اندازه گیری ویژگی های میدان صوتی را تصویب کرده است. استانداردهای صنعت سیستم درمان اولتراسوند متمرکز با شدت بالا (HIFU) ایده های اساسی تمرکز ویژگی های اولتراسوند و اندازه گیری توان اولتراسونیک است. روش از کریستال پیزو HIFU از روش اسکن سه بعدی هیدروفون برای یافتن موقعیت فشار صدا، اسکن و اندازه‌گیری میدان صوتی متمرکز و محاسبه پارامترهای هندسی نقطه کانونی و سپس اندازه‌گیری مستقیم فشار صدا با قدرت کامل در کانون برای بدست آوردن حداکثر شدت صدا استفاده می‌کند. روش های هیدروفون و تشعشع برای استاندارد توصیه می شود.