تشخیص هیدروفون چیست؟

هیدروفون یک مبدل است که سیگنال فشار صدای زیر آب را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. هنگامی که فشار (اختلال صوتی) بر روی مواد پیزوالکتریک لوله های سرامیکی پیزو تغییر می کند، توزیع بار در داخل ماده پیزوالکتریک به طور متناسب تغییر می کند و به شکل سیگنال ولتاژ منعکس می شود، بنابراین می توان آن را از طریق الکترود روی سطح عنصر پیزوالکتریک استخراج کرد. این بارها توسط یک تقویت کننده ولتاژ یا یک تقویت کننده شارژ تقویت می شوند و اسیلوسکوپ پردازش سیگنال تصویری را نشان می دهد که شکل موج موج صوتی را منعکس می کند. بنابراین، اندازه گیری فشار صدا در میدان صوتی اولتراسونیک به روشی بسیار ساده کامل می شود. مواد سنتی مورد استفاده برای آزمایش میدان صوتی اولتراسونیک سرامیک های پیزوالکتریک و PVDF (پلی وینیلیدین فلوراید) هستند. سرامیک های پیزوالکتریک دارای سختی و حساسیت بالایی هستند و می توانند محدوده خاصی از فشار صوتی را در میدان HIFU در قدرت کم تحمل کنند، اما شدت صدا افزایش می یابد. 

زمانی که بزرگ مبدل لوله سیلندر پیزو به راحتی شکسته می شود، محدوده دینامیکی خطی کوچک است، و امپدانس صوتی بالا است، به طوری که هیدروفون تداخل خاصی در اندازه گیری میدان صوتی دارد. امپدانس صوتی PVDF نزدیک به امپدانس صوتی آب است، با تطبیق امپدانس صوتی خوب، بافت نرم، پاسخ فرکانس عالی، خواص فرکانس عالی، پردازش آسان با خط استواری. محدوده دینامیکی بزرگتر از هیدروفون های سرامیکی پیزوالکتریک است. بنابراین، PVDF در حال حاضر به طور کلی برای اندازه گیری استفاده می شود. این می تواند پاسخ فرکانس ناهموار تولید شده توسط سرامیک های پیزوالکتریک را بهبود بخشد و تا زمانی که فیلم به اندازه کافی نازک باشد، تداخل در میدان صوتی اندازه گیری را کاهش می دهد. PVDF در دو نوع فیلم و سوزنی موجود است. قطر نوع فیلم بیشتر از 5 سانتی متر است در حالی که قطر سوزن کمتر از 1 میلی متر است که در میدان صوتی HIFU به راحتی آسیب می بیند. اندازه ناحیه کانونی HIFU حدود 1.1mm×2.1mm×3.2mm است. PVDF دارای نقطه ضعف وضوح فضایی پایین است و دارای اثر لبه است. حجم را نمی توان خیلی کم کرد. محدود به دما است. هنگامی که دما به 60 درجه سانتیگراد می رسد، دپلاریزاسیون رخ می دهد، میزان استفاده مجدد کم است و اندازه گیری هیدروفون به یک روش مکانیکی برای اسکن نقطه به نقطه نیاز دارد. حتی اگر یک صفحه 10×10 سانتی متر مربع اسکن شود، در سریع ترین حالت چندین ساعت طول می کشد، بنابراین از چند خط ساده استفاده می شود. لوله پیزو برای مبدل های هیدروآکوستیک توصیف می کند که توزیع میدان صوتی اجتناب ناپذیر می شود.

استفاده از گوی های توخالی سرامیکی پیزوالکتریک با فرکانس بالا به عنوان هیدروفون دارای مزایای منحصر به فردی از نظر هندسه، اندازه و حساسیت است. قطر توپ 0.7 تا 1 میلی متر، فرکانس رزونانس 1.8 تا 2.7 مگاهرتز و حساسیت دو برابر هیدروفون پین است. پایداری عالی دارد و چهار برابر فشار هیدروفون پین است. این یک سنسور ایده آل برای اندازه گیری میدان های صوتی با شدت بالا است. نوع جدیدی از هیدروفون برای اندازه گیری میدان صوتی HIFU گزارش شده است که نشان می دهد حسگر می تواند قدرت صدا را در طول درمان HI FU اندازه گیری کند، بنابراین مبدل پیزوالکتریک حساس از تحویل دقیق انرژی در طول درمان و اندازه گیری نیروی تشعشع اطمینان می دهد. در مقایسه با اندازه‌گیری‌های هیدروفون، اجزای آن بادوام هستند و تأثیر دمایی کمی دارند. در سال 2006، زانلی و هوارد یک هیدروفون طراحی کردند که به طور موثری از آسیب کاویتاسیون جلوگیری می کند. سرامیک پیزوالکتریک در یک محافظ فلزی قرار می گیرد تا یک سطح بیرونی صاف برای هسته کاویتاسیون روی سطح ایجاد کند. احتمال وقوع به حداقل می رسد. در آب دیونیزه شده گاز زدایی شده، اندازه گیری میدان صوتی مبدل با فرکانس 1.50 مگاهرتز، قطر 100 میلی متر و فاصله کانونی 150 میلی متر نتایج خوبی به دست آورده است. با این حال، محدوده دینامیکی خطی سرامیک های پیزوالکتریک کافی نیست و بر حد بالایی که در اندازه گیری های HIFU استفاده می کند تأثیر می گذارد.

درباره بازرسی فیبر، سنجش فیبر نوری دارای تداخل ضد الکترومغناطیسی، اندازه کوچک، وضوح فضایی بالا، پهنای باند پاسخ گسترده و سرعت پاسخ بسیار سریع است و به طور گسترده در بسیاری از زمینه ها استفاده شده است. تشخیص فیبر نوری میدان صوتی اولتراسونیک به روشی برای به دست آوردن سیگنال میدان صوتی با تجزیه و تحلیل سیگنال های نوری مانند شدت نور و فاز نوری مدوله شده توسط میدان صوتی در فیبر نوری اشاره دارد. معمولا برای روش انتهایی، روش توری فیبر و روش پراش آکوستو نوری استفاده می شود. پیشنهاد شده است که میدان صوتی را با استفاده از تغییر نور منعکس شده در انتهای فیبر اندازه گیری کنیم، که روش چهره انتهایی است. در انتهای فیبر با یک محیط چند لایه پوشانده شده است. هنگامی که موج صوتی به محیط چند لایه برخورد می کند، باعث تغییر شکل الاستیک محیط می شود. در هر سطح، نور منعکس شده وجود دارد، بنابراین کل نور منعکس شده از لوله سرامیکی پیزوالکتریک، نور منعکس شده از همه لایه ها است. در نتیجه تداخل، فشار صوت در وجه انتهایی فیبر را می توان با اندازه گیری تغییر در شدت نور منعکس شده اندازه گیری کرد. همچنین اشاره می شود که انحراف غیر خطی این نوع سنسور کمتر از 5٪ در -3-30MPa است. در سال 1996، بر این اساس، یک نمونه اولیه سنسور فیبر پوشش داده شده چند لایه پیشنهاد و طراحی شد.

 او معتقد است که این سنسور می تواند برای امواج ضربه ای پرانرژی و اندازه گیری های اولتراسوند تشخیصی کم انرژی استفاده شود. با این حال، کاوشگر حسگر مقاومت ضربه ای محدودی در میدان صوتی HIFU دارد. کوچ آن را با الیاف تک روکش بهبود داده است و از تداخل سنجی مایکلسون برای بهبود حساسیت استفاده می کند. یک فیبر نوری تک لایه با سطح صفحه تیتانیوم به عنوان بازوی تداخل سنج استفاده می شود. تحت عمل میدان صوتی، سطح انتهایی فیبر کمی حرکت می کند. این جابجایی کوچک را می توان با تداخل سنج تشخیص داد. منبع نور مورد استفاده در این آزمایش یک منبع لیزر 2 مگاواتی He2He بود و هدف از فتودیود کاهش نویز بود. در مقایسه با روش اندازه‌گیری تغییر شدت نور، حساسیت بالاتر است، اما سیستم مسیر نوری پیچیده‌تر است و نیاز به جداسازی ارتعاش زیاد است که بر کاربرد عملی آن تأثیر می‌گذارد.