ハイドロフォン検出とは何ですか

ハイドロフォンは、水中音圧信号を電気信号に変換するトランスデューサーです。圧電材料に圧力（音響外乱）が加わった場合 圧電セラミックチューブが 変化すると、圧電材料内の電荷分布が比例して変化し、電圧信号の形で反映されるため、圧電素子の表面の電極を通じて電荷を取り出すことができます。これらの電荷は電圧アンプまたはチャージアンプによって増幅され、信号処理オシロスコープは音波の波形を反映した画像を表示します。このようにして、超音波音場における音圧測定が非常に簡単に完了する。超音波音場試験に使用される従来の材料は、圧電セラミックスと PVDF (ポリフッ化ビニリデン) です。圧電セラミックは硬度と感度が高く、低出力で HIFU 分野の一定範囲の音圧に耐えることができますが、音の強度は増加します。 

大きいときは、 ピエゾシリンダーチューブトランスデューサーは 壊れやすく、線形ダイナミックレンジが小さく、音響インピーダンスが高いため、ハイドロフォンは測定音場に対して一定の干渉を持ちます。PVDFの音響インピーダンスは水の音響インピーダンスに近く、音響インピーダンスのマッチングが良好で、質感が柔らかく、加工が容易で、化学的特性が安定しており、広い周波数応答と優れた線形性を備えています。ダイナミックレンジは圧電セラミックハイドロフォンよりも広いです。そのため、現在では測定にはPVDFが一般的に使用されています。フィルムが十分に薄い限り、圧電セラミックスによって生じる不均一な周波数応答を改善し、測定音場への干渉を軽減できます。 PVDF にはフィルムタイプとニードルタイプの両方があります。フィルムタイプの直径は5cmを超えますが、針の直径は1mm未満であり、HIFU音場では損傷しやすいです。 HIFU焦点領域のサイズは約1.1mm×2.1mm×3.2mmです。 PVDF は空間解像度が低いという欠点があり、エッジ効果が発生します。音量をあまり小さくすることはできません。温度によって制限されます。温度が 60°C に達すると、脱分極が発生し、再利用率が低く、水中聴音器測定には点ごとにスキャンする機械的な方法が必要です。 10×10cm 2 の面をスキャンしても早くても数時間かかるため、単純な数本のラインを使用し、 水圧音響トランスデューサ用のピエゾチューブでは、 音場分布が避けられないと説明されています。

高周波圧電セラミック中空球を水中聴音器として使用すると、形状、サイズ、感度の点で独特の利点があります。ボールの直径は 0.7 ～ 1 mm、共振周波数は 1.8 ～ 2.7 MHz、感度はピンハイドロフォンの 2 倍です。安定性に優れ、ピンハイドロホンの4倍の圧力がかかります。高強度の音場測定に最適なセンサーです。 HIFU音場測定用の新しいタイプのハイドロフォンが報告されており、センサーがHIFU治療中に音響パワーを測定できることを示しています。 高感度の圧電トランスデューサー により、治療中のエネルギーの正確な供給と放射力の測定が保証されます。ハイドロフォン測定と比較して、そのコンポーネントは耐久性があり、温度の影響が小さいです。 2006 年、ザネリとハワードは、キャビテーションによる損傷を効果的に回避するハイドロフォンを設計しました。圧電セラミックは金属シールド内に配置され、表面上のキャビテーション核に対して滑らかな外面を提供します。発生の可能性は最小限に抑えられます。脱気した脱イオン水中で、周波数 1.50 MHz、直径 100 mm、焦点距離 150 mm のトランスデューサーの音場測定で良好な結果が得られました。ただし、圧電セラミックスの線形ダイナミック レンジは不十分であり、HIFU 測定で使用される上限に影響を与えます。

ファイバ検査について、光ファイバセンシングは、耐電磁干渉性、小型サイズ、高い空間分解能、広い応答帯域幅、および非常に速い応答速度を備えており、多くの分野で広く使用されています。超音波音場の光ファイバー検出とは、音場により変調された光強度や光位相などの光信号を光ファイバー中で解析し、音場信号を得る方法をいう。端面法、ファイバーグレーティング法、音響光学回折法によく使われます。ファイバ端での反射光の変化を利用して音場を測定する、いわゆる端面法が提案されている。ファイバーの端は多層媒体でコーティングされています。音波が多層媒体に入射すると、媒体の弾性変形が引き起こされます。各レベルで反射光があるため、合計 圧電セラミック管の 反射光は全層からの反射光です。干渉の結果、反射光強度の変化を測定することでファイバ端面の音圧を測定できます。また、このタイプのセンサの非線形偏差は-3～30MPaで5%未満であることも指摘されています。 1996 年にこれに基づいて、多層コーティングされたファイバーセンサーのプロトタイプが提案および設計されました。

 同氏は、このセンサーは高エネルギーの衝撃波や低エネルギーの診断用超音波測定に使用できると考えています。ただし、センサー プローブの HIFU 音場での耐衝撃性は限られています。 Kouch はシングルコートファイバーで改良し、ミケルソン干渉法を使用して感度を向上させました。干渉計のアームには、表面にチタン板を施した単膜光ファイバーを使用しています。音場の作用により、ファイバーの端面はわずかに動きます。この小さな変位は干渉計で検出できます。実験で使用した光源は 2 mW He2He レーザー光源で、フォトダイオードの目的はノイズを低減することでした。光強度の変化を測定する方法と比較して感度は高いが、光路系が複雑であり、防振要件も高いため、実用化に影響を与える。