Wat is de hydrofoondetectie

Een hydrofoon is een transducer die een geluidsdruksignaal onder water omzet in een elektrisch signaal. Wanneer de druk (akoestische verstoring) op het piëzo-elektrische materiaal toeneemt piëzo-keramische buizen veranderen, de ladingsverdeling in het piëzo-elektrische materiaal verandert proportioneel en wordt gereflecteerd in de vorm van een spanningssignaal, zodat het via de elektrode op het oppervlak van het piëzo-elektrische element kan worden geëxtraheerd. Deze ladingen worden versterkt door een spanningsversterker of een ladingsversterker, en de signaalverwerkingsoscilloscoop geeft een beeld weer dat de golfvorm van de geluidsgolf weerspiegelt. Zo wordt de geluidsdrukmeting in het ultrasone geluidsveld op zeer eenvoudige wijze uitgevoerd. Traditionele materialen die worden gebruikt voor ultrasone geluidsveldtesten zijn piëzo-elektrische keramiek en PVDF (polyvinylideenfluoride). Piëzo-elektrische keramiek heeft een hoge hardheid en gevoeligheid en is bij laag vermogen bestand tegen een bepaald geluidsdrukbereik in het HIFU-veld, maar de geluidsintensiteit wordt verhoogd. 

Wanneer de grote piëzo-cilinderbuistransducer wordt gemakkelijk verbroken, het lineaire dynamische bereik is klein en de akoestische impedantie is hoog, zodat de hydrofoon een bepaalde interferentie heeft met het meetgeluidsveld. De PVDF-akoestische impedantie ligt dicht bij de akoestische impedantie van water, met goede akoestische impedantie-aanpassing, zachte textuur, gemakkelijke verwerking, stabiele chemische eigenschappen, met brede frequentierespons en uitstekende lineariteit. Het dynamische bereik is groter dan dat van piëzo-elektrische keramische hydrofoons. Daarom wordt PVDF momenteel algemeen gebruikt voor metingen. Het kan de ongelijkmatige frequentierespons verbeteren die wordt geproduceerd door piëzo-elektrische keramiek en de interferentie van het meetgeluidsveld verminderen, zolang de film maar dun genoeg is. PVDF is verkrijgbaar in zowel film- als naaldtypes. De diameter van het filmtype is groter dan 5 cm, terwijl de diameter van de naald minder dan 1 mm is, wat gemakkelijk beschadigd raakt in het HIFU-geluidsveld. De grootte van het HIFU-brandpuntsgebied is ongeveer 1,1 mm × 2,1 mm × 3,2 mm. PVDF heeft het nadeel van een lage ruimtelijke resolutie en een randeffect. Het volume kan niet erg klein worden gemaakt. Het wordt beperkt door de temperatuur. Wanneer de temperatuur 60°C bereikt, zal er depolarisatie optreden, is de hergebruiksnelheid laag en vereist de hydrofoonmeting een mechanische methode voor punt-voor-punt scannen. Zelfs als een vlak van 10×10 cm 2 wordt gescand, duurt het hoogstens enkele uren, dus worden er een paar eenvoudige lijnen gebruikt, piëzobuizen voor hydro-akoestische transducers beschrijven dat de geluidsveldverdeling onvermijdelijk wordt.

Het gebruik van hoogfrequente piëzo-elektrische keramische holle bollen als hydrofoons heeft unieke voordelen in termen van geometrie, grootte en gevoeligheid. De bal heeft een diameter van 0,7 tot 1 mm, een resonantiefrequentie van 1,8 tot 2,7 MHz en een gevoeligheid die tweemaal zo groot is als die van een pinhydrofoon. Het heeft een uitstekende stabiliteit en wordt onderworpen aan vier keer de druk van een pin-hydrofoon. Het is een ideale sensor voor het meten van geluidsvelden met hoge intensiteit. Er wordt melding gemaakt van een nieuw type hydrofoon voor HIFU-geluidsveldmeting, die aangeeft dat de sensor het geluidsvermogen kan meten tijdens HI FU-behandeling, dus gevoelige piëzo-elektrische transducer zorgt voor een nauwkeurige levering van energie tijdens de behandeling en meting van de stralingskracht. Vergeleken met hydrofoonmetingen zijn de componenten duurzaam en hebben ze een kleine temperatuurimpact. In 2006 ontwierpen Zanelli en Howard een hydrofoon die cavitatieschade effectief vermijdt. het piëzo-elektrische keramiek wordt in een metalen schild geplaatst om een ​​glad buitenoppervlak voor de cavitatiekern op het oppervlak te verschaffen. De kans op optreden wordt tot een minimum beperkt. In het ontgaste gedeïoniseerde water heeft de geluidsveldmeting van de transducer met een frequentie van 1,50 MHz, een diameter van 100 mm en een brandpuntsafstand van 150 mm goede resultaten opgeleverd. Het lineaire dynamische bereik van piëzo-elektrische keramiek is echter onvoldoende, wat de bovengrens beïnvloedt die het gebruikt bij HIFU-metingen.

Over vezelinspectie: optische vezeldetectie heeft anti-elektromagnetische interferentie, kleine afmetingen, hoge ruimtelijke resolutie, brede responsbandbreedte en extreem snelle responssnelheid, en wordt op veel gebieden veel gebruikt. De optische vezeldetectie van het ultrasone geluidsveld verwijst naar een werkwijze voor het verkrijgen van een geluidsveldsignaal door het analyseren van optische signalen zoals lichtintensiteit en optische fase gemoduleerd door het geluidsveld in de optische vezel. Vaak gebruikt voor de eindvlakmethode, vezelroostermethode en akoesto-optische diffractiemethode. Er wordt voorgesteld om het geluidsveld te meten door gebruik te maken van de verandering van het gereflecteerde licht aan het uiteinde van de vezel, dat wil zeggen de eindvlakmethode. Het is aan het uiteinde van de vezel bedekt met een meerlaags medium. Wanneer de geluidsgolf op het meerlaagse medium invalt, veroorzaakt dit elastische vervorming van het medium. Op elk niveau wordt er gereflecteerd licht, dus het totaal van gereflecteerd licht van piëzo-elektrische keramische buizen is gereflecteerd licht uit alle lagen. Als gevolg van de interferentie kan de geluidsdruk aan het uiteinde van de vezel worden gemeten door de verandering in de intensiteit van het gereflecteerde licht te meten. Er wordt ook op gewezen dat de niet-lineaire afwijking van dit type sensor minder dan 5% bedraagt ​​bij -3-30 MPa. Op basis hiervan werd in 1996 een prototype van een meerlaagse gecoate vezelsensor voorgesteld en ontworpen.

 Hij is van mening dat de sensor kan worden gebruikt voor hoogenergetische schokgolven en laagenergetische diagnostische echografiemetingen. De sensorsonde heeft echter een beperkte slagvastheid in het HIFU-geluidsveld. Kouch heeft het verbeterd met een enkellaagse vezel en gebruikt Michelson-interferometrie om de gevoeligheid te verbeteren. Als arm van de interferometer wordt een optische vezel uit één film met een titaniumplaatoppervlak gebruikt. Onder invloed van het geluidsveld zal het eindvlak van de vezel enigszins bewegen. Deze kleine verplaatsing kan worden gedetecteerd door een interferometer. De lichtbron die in het experiment werd gebruikt, was een He2He-laserbron van 2 mW, en het doel van de fotodiode was om ruis te verminderen. Vergeleken met de methode voor het meten van de verandering van de lichtintensiteit is de gevoeligheid hoger, maar het optische padsysteem is ingewikkelder en de eis voor trillingsisolatie is hoog, wat de praktische toepassing ervan beïnvloedt.