Jak działa czujnik ultradźwiękowy

Wykorzystując drgania zginające konwencjonalnego wibratora piezoelektrycznego z elementami bimorficznymi, nie da się osiągnąć tego celu, gdy częstotliwość ultradźwiękowy przetwornik pomiaru odległości modułu jest wyższy niż 70 kHz. Dlatego do wykrywania wysokiej częstotliwości należy zastosować ceramikę piezoelektryczną z trybem wibracji o grubości pionowej. W tym przypadku bardzo istotne staje się dopasowanie impedancji akustycznej ceramiki piezoelektrycznej do powietrza. Impedancja akustyczna ceramiki piezoelektrycznej wynosi 2,6×107kg/m2s, a impedancja akustyczna powietrza wynosi 4,3×102kg/m2s. Różnica 5 mocy spowoduje duże straty na powierzchni promieniowania drgań ceramiki piezoelektrycznej. Specjalny materiał pzt jest przyklejony do ceramiki piezoelektrycznej jako akustyczna warstwa dopasowująca się do impedancji akustycznej powietrza. Taka konstrukcja umożliwia normalną pracę czujnika ultradźwiękowego przy częstotliwościach sięgających setek kHz.

Zastosowanie czujników ultradźwiękowych

Technologia czujników ultradźwiękowych jest stosowana w różnych aspektach praktyki produkcyjnej, a zastosowania medyczne są jednym z jej najważniejszych zastosowań. Poniższa technologia wykorzystuje medycynę jako przykład, aby zilustrować zastosowanie przetwornik ultradźwiękowy wysokiej częstotliwości . 

Ultrasonografia ma zastosowanie w medycynie przede wszystkim do diagnostyki chorób, a w medycynie klinicznej stała się niezastąpioną metodą diagnostyczną. Zaletami diagnostyki ultrasonograficznej jest brak bólu, brak uszkodzeń podmiotu, prosta metoda, jasne obrazowanie, wysoka trafność diagnostyczna itp. Dzięki temu jest łatwa w promocji i jest mile widziana przez pracowników medycznych i pacjentów. Diagnostyka ultrasonograficzna może opierać się na różnych zasadach medycznych. Przyjrzyjmy się jednej z reprezentatywnych tak zwanych metod typu A. Metoda ta wykorzystuje odbicie ultradźwięków. Kiedy fale ultradźwiękowe rozchodzą się w tkance ludzkiej i napotykają dwa interfejsy mediów o różnych impedancjach akustycznych, na interfejsie generowane jest odbite echo. Kiedy napotyka powierzchnię odbijającą, echo jest wyświetlane na ekranie oscyloskopu, a różnica impedancji między dwoma interfejsami określa również amplitudę echa.

W przemyśle typowe zastosowania niestandardowe przetworniki ultradźwiękowe to badania nieniszczące metali i ultradźwiękowy pomiar grubości. W przeszłości wiele technologii było utrudnionych, ponieważ nie były w stanie wykryć wnętrza tkanek obiektu. Pojawienie się technologii czujników ultradźwiękowych zmieniło tę sytuację. Oczywiście czujniki ultradźwiękowe są na stałe instalowane w różnych urządzeniach, aby cicho wykrywać sygnały, których ludzie będą potrzebować w przyszłości.

W zastosowaniu ultradźwięki będą łączone z technologią informatyczną i nowymi technologiami materiałowymi oraz pojawią się bardziej inteligentne i bardzo czułe czujniki ultradźwiękowe. W przyszłym życiu rola czujników ultradźwiękowych będzie coraz ważniejsza.