Što je ultrazvučni pretvarač

Pretvornik (sonda) je uređaj koji pretvara fizičku energiju u i van. Ultrazvučna sonda pretvara električnu energiju u akustičnu energiju i pretvara akustičnu energiju u električnu energiju. Pretvorba energije je ostvarena. Stoga se ultrazvučna sonda naziva i ultrazvučni pretvornik, koji se može koristiti i za prijenos i primanje ultrazvučnih valova, a ključna je komponenta u sustavu ultrazvučnog mjerenja udaljenosti. ultrazvučni pretvornici uglavnom uključuju mehaničke ultrazvučne pretvornike, električne ultrazvučne pretvornike i elektroakustičke ultrazvučne pretvornike. Među njima, elektroakustički ultrazvučni senzori uglavnom se sastoje od piezoelektričnih kristala (elektrostriktivni) i legure nikla i željeza (magnetostriktivni). U skladu s različitim dizajnom, oblik ultrazvučne sonde uglavnom ima oblik stupca (prednja i stražnja metalna pokrovna ploča imaju isti promjer), oblik roga (promjer prednje pokrovne ploče pretjerano je smanjen zbog oblika luka) i oblik stupca s presjekom u sredini.

A piezoelektrični keramički pretvornik je elektroakustički pretvornik koji pretvara električnu i akustičnu energiju na temelju piezoelektričnog i inverznog piezoelektričnog učinka određenih kristala. Piezoelektrični ultrazvučni senzori uglavnom se sastoje od piezoelektričnih pločica. Ultrazvučni senzor sastavljen od piezoelektričnih kristala je reverzibilni senzor koji pretvara električnu energiju u akustičnu energiju, a kada primi ultrazvučne valove, može i akustičnu energiju pretvoriti u električnu. Piezoelektrični ultrazvučni senzori rade pomoću rezonancije piezoelektričnog kristala. Struktura nekih monokristalnih materijala ima asimetrična svojstva. Kada su ti materijali podvrgnuti vanjskom naprezanju i naprezanju, promjene unutarnje strukture rešetke (deformacija) uništit će izvorno makroskopsko stanje električne neutralnosti, što će rezultirati polariziranim električnim poljem. (elektrokemijski), generirano električno polje (polarizacija elektrode) proporcionalno je veličini naprezanja. Taj se fenomen naziva pozitivnim piezoelektričnim učinkom, koji su otkrila braća Curie 1880. Naknadno, 1881., dodatno je otkriveno da takvi monokristalni materijali imaju i obrnuti piezoelektrični učinak, to jest, kada se materijal s pozitivnim piezoelektričnim učinkom podvrgne primijenjenom električnom polju, naprezanje i deformacija se generiraju, a deformacija i vanjsko električno polje se formiraju. Samo proporcionalno. Eksperimenti su pokazali da su piezoelektrični učinak i inverzni piezoelektrični učinak unutar određene granice linearni. Drugim riječima, u piezoelektričnom učinku, površinska gustoća naboja piezoelektričnog kristala proporcionalna je veličini deformacije. Kada deformacija promijeni predznak, naboj također promijeni predznak. U slučaju inverznog piezoelektričnog efekta, piezoelektrični kristal se deformira pod djelovanjem vanjskog električnog polja. Veličina je proporcionalna jakosti električnog polja, a kada je električno polje obrnuto, deformacija je također obrnuta. Piezoelektrični pretvornici su uređaji koji pretvaraju električnu energiju i akustičnu energiju pomoću piezoelektričnog učinka određenih monokristalnih materijala i elektrostrikcijskih učinaka polikristalnih materijala. Zbog svoje visoke elektroakustičke učinkovitosti, velikog kapaciteta snage te strukture i oblika koji se mogu dizajnirati prema različitim primjenama, naširoko se koristi u području ultrazvuka.

Ultrazvučni piezoelektrični pretvornici dijele se na jednostruku sondu i dvostruku sondu. Način rada s jednom sondom odnosi se na ultrazvučni senzor blizine koji se koristi za prijenos i ultrazvučnih valova i ultrazvučnih valova, odnosno sonda se koristi i za prijenos i za prijem. U načinu rada s jednom sondom, pri odašiljanju ultrazvučnih valova, potrebno je na sondu primijeniti napon veći od deset volti, nekoliko desetaka volti ili čak stotina volti kako bi se izazvala mehanička vibracija sonde. Ova mehanička vibracija pretvara vibraciju piezoelektrične pločice u mehaničku energiju. Pretvara se u akustičnu energiju za pobuđivanje ultrazvučnih valova. Kada se primi ultrazvučni val, naknadni udar koji generira ultrazvučni val ne nestaje odmah, a amplituda odaslanog signala je očitija od amplitude eho signala, tako da prijemni kraj pogrešno generira val generiran vibracijom kao eho. Pogreške u mjerenju utječu na točnost ultrazvučnog senzora za mjerenje udaljenosti. Konvencionalna praksa je zaustaviti prijenos, odgoditi vremensko razdoblje, izbjeći vrijeme ovog naknadnog potresa i početi primati odjeke, što dovodi do slijepe zone. Dvostruka sonda radi tako što šalje dva ultrazvučna vala i prima ultrazvučne valove pomoću iste sonde. Na razini analize slijepe zone s jednom sondom, način rada s dvostrukom sondom može potpuno eliminirati slijepu zonu i povećati mjernu udaljenost. Međutim, u praktičnim primjenama, budući da je udaljenost između sonde za odašiljanje i sonde za prijem mala, a zvučni val je difraktivan, val koji emitira sonda za ultrazvučno odašiljanje možda se neće reflektirati od prepreke, već izravno zaobilazi sondu za prijem, što rezultira pozitivnim rezultatima, stoga je slijepa zona još uvijek tu.