Što je detekcija hidrofona

Hidrofon je pretvarač koji pretvara signal podvodnog zvučnog tlaka u električni signal. Kada pritisak (akustička smetnja) na piezoelektrični materijal piezo keramičkih cijevi mijenja, raspodjela naboja unutar piezoelektričnog materijala mijenja se proporcionalno i reflektira se u obliku naponskog signala, tako da se može izvući kroz elektrodu na površini piezoelektričnog elementa. Ti se naboji pojačavaju pomoću pojačivača napona ili pojačivača naboja, a osciloskop za obradu signala prikazuje sliku koja odražava valni oblik zvučnog vala. Stoga se mjerenje zvučnog tlaka u ultrazvučnom zvučnom polju dovršava na vrlo jednostavan način. Tradicionalni materijali koji se koriste za ispitivanje ultrazvučnog zvučnog polja su piezoelektrična keramika i PVDF (poliviniliden fluorid). Piezoelektrična keramika ima visoku tvrdoću i osjetljivost, te može izdržati određeni raspon zvučnog tlaka u HIFU polju pri niskoj snazi, ali je intenzitet zvuka povećan. 

Kada je velika piezo cilindrična cijevna sonda se lako lomi, linearni dinamički raspon je mali, a akustična impedancija je visoka, tako da hidrofon ima određene smetnje u mjerenju zvučnog polja. PVDF akustična impedancija je blizu akustične impedancije vode, s dobrim podudaranjem akustične impedancije, mekom teksturom, lakom obradom, stabilna kemijska svojstva, sa širokim frekvencijskim odzivom i izvrsnom linearnošću. Dinamički raspon je veći nego kod piezoelektričnih keramičkih hidrofona. Stoga se PVDF trenutno općenito koristi za mjerenje. Može poboljšati neravnomjerni frekvencijski odziv koji proizvodi piezoelektrična keramika i smanjiti smetnje u zvučnom polju mjerenja sve dok je film dovoljno tanak. PVDF je dostupan u obliku filma i igle. Promjer tipa filma je veći od 5 cm, dok je promjer igle manji od 1 mm, koja se lako ošteti u HIFU zvučnom polju. Veličina HIFU žarišne regije je oko 1,1 mm × 2,1 mm × 3,2 mm. Nedostatak PVDF-a je niska prostorna razlučivost i ima rubni učinak. Volumen se ne može učiniti vrlo malim. Ograničen je temperaturom. Kada temperatura dosegne 60°C, doći će do depolarizacije, stopa ponovne upotrebe je niska, a mjerenje hidrofonom zahtijeva mehaničku metodu za skeniranje od točke do točke. Čak i ako se skenira ravnina od 10×10 cm 2, potrebno je najbrže nekoliko sati, pa se koristi nekoliko jednostavnih linija, piezo cijev za hidroakustičke pretvarače opisuje distribuciju zvučnog polja postaje neizbježna.

Korištenje visokofrekventnih piezoelektričnih keramičkih šupljih kuglica kao hidrofona ima jedinstvene prednosti u pogledu geometrije, veličine i osjetljivosti. Kuglica ima promjer od 0,7 do 1 mm, frekvenciju rezonancije od 1,8 do 2,7 MHz, a osjetljivost je dvaput veća od osjetljivosti iglenog hidrofona. Ima izvrsnu stabilnost i izložen je četiri puta većem pritisku od iglenog hidrofona. To je idealan senzor za mjerenje zvučnih polja visokog intenziteta. Objavljena je nova vrsta hidrofona za HIFU mjerenje zvučnog polja, koji pokazuje da senzor može mjeriti zvučnu snagu tijekom HI FU tretmana, dakle osjetljivi piezoelektrični pretvarač osigurava točnu isporuku energije tijekom tretmana i mjerenje sile zračenja. U usporedbi s mjerenjima hidrofona, njegove komponente su izdržljive i imaju mali temperaturni utjecaj. Godine 2006. Zanelli i Howard dizajnirali su hidrofon koji učinkovito izbjegava oštećenje uzrokovano kavitacijom. piezoelektrična keramika je postavljena u metalni štit kako bi se osigurala glatka vanjska površina za kavitacijsku jezgru na površini. Mogućnost nastanka je svedena na minimum. U otplinjenoj deioniziranoj vodi, mjerenje zvučnog polja pretvornika s frekvencijom od 1,50 MHz, promjerom od 100 mm i žarišnom duljinom od 150 mm postiglo je dobre rezultate. Međutim, linearni dinamički raspon piezoelektrične keramike je nedostatan, što utječe na gornju granicu koju koristi u HIFU mjerenjima.

O pregledu vlakana, detektiranje optičkih vlakana ima anti-elektromagnetske smetnje, malu veličinu, visoku prostornu rezoluciju, široku propusnost odziva i iznimno veliku brzinu odziva, te se široko koristi u mnogim područjima. Detekcija ultrazvučnog zvučnog polja optičkim vlaknom odnosi se na metodu dobivanja signala zvučnog polja analizom optičkih signala kao što su intenzitet svjetlosti i optička faza modulirana zvučnim poljem u optičkom vlaknu. Obično se koristi za metodu čeone strane, metodu vlaknaste rešetke i metodu akustooptičke difrakcije. Predlaže se mjerenje zvučnog polja korištenjem promjene reflektirane svjetlosti na kraju vlakna, to jest metodom čeone strane. Obložen je višeslojnim medijem na kraju vlakna. Kad zvučni val upadne na višeslojni medij, uzrokuje elastičnu deformaciju medija. Na svakoj razini postoji reflektirana svjetlost, tako da je ukupan broj piezoelektrična keramička cijev reflektirana svjetlost je reflektirana svjetlost od svih slojeva. Kao rezultat interferencije, zvučni tlak na čeonoj strani vlakna može se izmjeriti mjerenjem promjene intenziteta reflektirane svjetlosti. Također se ističe da je nelinearna devijacija ove vrste senzora manja od 5% pri -3-30MPa. Godine 1996., na temelju toga, predložen je i dizajniran prototip višeslojno obloženog vlaknastog senzora.

 Vjeruje da se senzor može koristiti za visokoenergetska udarna valova i niskoenergetska dijagnostička ultrazvučna mjerenja. Međutim, sonda senzora ima ograničenu otpornost na udarce u HIFU zvučnom polju. Kouch ga je poboljšao vlaknom s jednom presvlakom i koristi michelsonovu interferometriju za poboljšanje osjetljivosti. Kao krak interferometra koristi se jednoslojno optičko vlakno s površinom ploče od titana. Pod djelovanjem zvučnog polja, krajnja strana vlakna će se malo pomaknuti. Ovaj mali pomak može se otkriti interferometrom. Izvor svjetlosti korišten u eksperimentu bio je He2He laserski izvor snage 2 mW, a svrha fotodiode bila je smanjenje šuma. U usporedbi s metodom mjerenja promjene intenziteta svjetlosti, osjetljivost je veća, ali je sustav optičkog puta kompliciraniji, a zahtjevi za izolacijom vibracija su visoki, što utječe na njegovu praktičnu primjenu.