metode umum HIFU untuk pengujian medan suara

Metode radiasi adalah metode pengukuran mapan yang berfokus pada pengukuran bidang pelat geser keramik piezoelektrik dalam cairan. Pada tahun 1987, Beissner menurunkan rumus perhitungan gaya radiasi pada target yang diserap sepenuhnya dalam bidang suara ultrasonik terfokus dengan asumsi bahwa akustik geometris, batasan frekuensi tinggi non-difraksi, dan direktivitas medan jauh adalah fungsi persegi panjang, Ketika deviasi sudut≤ 30° kurang dari 0,8%. Pada tahun 1998, ia menerapkan metode akustik geometris untuk memperoleh rumus umum gaya radiasi ultrasonik terfokus pada target pengujian, membahas gaya radiasi pada target pantulan total dan target serapan total, dan melakukan eksperimen yang memverifikasi bahwa deviasi daya bunyi yang diukur dengan pengukuran daya ultrasonik 1,6 MHz dan metode kalorimetri tidak lebih dari 3%. Pada tahun 2005, Shaw dari Laboratorium Fisika Nasional Inggris menggunakan integral Rayleigh dan eksperimen untuk memverifikasi validitas rumus umum. Hasilnya cukup konsisten. Pada tahun 2003, ia mengukur tegangan penguat daya anoda rangkaian penggerak transduser HIFU dengan menggunakan metode kolom air berbasis radiasi (air mengukur tekanan radiasi akustik atau kepadatan energi akustik titik pengukuran dengan mengukur ketinggian kolom cairan dalam tabung tipis).

Intensitas medan bunyi pada 200 V hingga 2600 V menunjukkan bahwa metode kolom air dapat meningkatkan rentang pengukuran medan bunyi hingga 2000 W / cm 2 , namun bila tegangan naik ke level tertentu (2600 V), daya bunyi terlalu besar, dan akan terjadi kavitasi yang signifikan di dalam air. Kelompok gelembung mengganggu medan suara, membuat pengukuran kekuatan suara menjadi tidak stabil secara signifikan dan menunjukkan tren saturasi. Pada tahun 2004 dan 2005, Tiongkok meloloskan standar nasional 'kekuatan suara ultrasonik terfokus intensitas tinggi akustik dan pengukuran karakteristik medan suara' dan standar industri 'sistem perawatan ultrasound terfokus intensitas tinggi (H IFU)', yang berfokus pada karakteristik ultrasound dan ultrasound. Ide dasar dan metode pengukuran daya adalah mencari posisi fokus tekanan suara dengan metode pemindaian tiga dimensi hidrofon, memindai dan mengukur medan suara terfokus, menghitung parameter geometris titik fokus, dan kemudian transduser pelat keramik piezoelektrik secara langsung mengukur tekanan suara dengan kekuatan penuh pada fokus. Hidrofon dan metode radiasi direkomendasikan untuk standar ini.

2 deteksi hidrofon

Hidrofon adalah transduser yang mengubah sinyal tekanan suara di bawah air menjadi sinyal listrik. Ketika tekanan (gangguan akustik) pada bahan piezoelektrik berubah maka distribusi muatan di dalam bahan piezoelektrik berubah secara proporsional dan dipantulkan dalam bentuk sinyal tegangan, sehingga dapat diekstraksi oleh elektroda pada permukaan elemen keramik piezoelektrik. Muatan ini diperkuat oleh penguat tegangan atau penguat muatan, dan pemrosesan sinyal menampilkan gambar yang mencerminkan bentuk gelombang gelombang suara. Dengan demikian, pengukuran tekanan suara di bidang suara ultrasonik diselesaikan dengan sangat mudah. Bahan tradisional yang digunakan untuk deteksi medan suara ultrasonik adalah keramik piezoelektrik dan PVDF (polivinilidena fluorida).

Keramik piezoelektrik memiliki kekerasan dan sensitivitas yang tinggi, dan dapat menahan rentang tekanan suara tertentu di medan HIFU dengan daya rendah, namun intensitas suara meningkat, keramik piezoelektrik mudah pecah, rentang dinamis linier kecil, dan impedansi akustik tinggi, sehingga hidrofon memiliki gangguan tertentu pada medan suara yang diukur. Impedansi akustik PVDF mendekati impedansi akustik air, dan memiliki impedansi akustik yang baik yang cocok dengan air, tekstur lembut, pemrosesan mudah, sifat kimia stabil, respons frekuensi lebar, dan linearitas yang sangat baik. Rentang dinamisnya lebih besar dibandingkan hidrofon keramik piezoelektrik. Oleh karena itu, PVDF saat ini umumnya digunakan untuk pengukuran. Hal ini dapat meningkatkan respons frekuensi tidak merata yang dihasilkan oleh keramik piezoelektrik dan mengurangi interferensi pada medan suara yang diukur selama filmnya cukup tipis. PVDF tersedia dalam jenis film dan jarum. Diameter jenis film lebih besar dari 5 cm, sedangkan diameter jarum kurang dari 1 mm, sehingga mudah rusak pada bidang suara HIFU.

Ukuran wilayah fokus HIFU adalah sekitar 1,1 mm × 2,1 mm × 3,2 mm. Oleh karena itu, PVDF memiliki kelemahan yaitu resolusi spasial yang rendah, efek tepi, dan volumenya tidak dapat dibuat terlalu kecil. Keterbatasan suhu, depolarisasi terjadi ketika suhu mencapai 60 °C, tingkat penggunaan kembali rendah, dan pengukuran hidrofon memerlukan metode mekanis untuk pemindaian titik demi titik, meskipun pemindaian bidang 10 × 10 cm, paling cepat Ini juga memerlukan waktu beberapa jam, sehingga menggunakan beberapa garis sederhana untuk menggambarkan distribusi medan suara menjadi tidak dapat dihindari. Pada tahun 2002, ia menggunakan bola berongga keramik piezoelektrik frekuensi tinggi sebagai hidrofon, dan memiliki keunggulan unik dalam hal geometri, ukuran, dan sensitivitas. Diameter bola 0,7 hingga 1 mm, frekuensi resonansi 1,8 hingga 2,7 MHz, sensitivitas dua kali lipat hidrofon, dan memiliki stabilitas yang baik. pelat piezoceramic transduser ultrasonik , dan tekanannya adalah hidrofon tipe jarum. perangkat ini dianggap sebagai sensor ideal untuk mengukur medan suara intensitas tinggi. 

Pada tahun 2004, dilaporkan jenis pemanas air membran baru untuk pengukuran medan suara HIFU, menunjukkan bahwa sensor dapat segera mengukur kekuatan suara dalam perawatan HIFU, sehingga memastikan pengiriman energi yang akurat selama perawatan, dan pengukuran gaya radiasi dan air. Dibandingkan dengan pengukuran penerima, komponennya tahan lama dan memiliki pengaruh kecil terhadap suhu. Pada tahun 2006, Zanelli dan Howard merancang hidrofon yang secara efektif menghindari kerusakan kavitasi. Keramik piezoelektrik ditempatkan dalam pelindung logam untuk memberikan permukaan luar yang halus yang meminimalkan kemungkinan inti kavitasi pada permukaan. Kecil, dalam air deionisasi degassed, pengukuran medan suara transduser dengan frekuensi 1,50 MHz, diameter 100 mm dan panjang fokus 150 mm telah mencapai hasil yang baik. Namun, rentang dinamis linier keramik piezoelektrik tidak mencukupi, sehingga mempengaruhi batas atasnya untuk digunakan dalam pengukuran HIFU.