Co to jest wykrywanie hydrofonu

Hydrofon to przetwornik przetwarzający sygnał ciśnienia akustycznego pod wodą na sygnał elektryczny. Kiedy ciśnienie (zakłócenie akustyczne) na materiale piezoelektrycznym piezoelektrycznych rurek zmienia się, rozkład ładunku wewnątrz materiału piezoelektrycznego zmienia się proporcjonalnie i odbija się w postaci sygnału napięciowego, dzięki czemu można go wyodrębnić poprzez elektrodę na powierzchni elementu piezoelektrycznego. Ładunki te są wzmacniane przez wzmacniacz napięcia lub wzmacniacz ładunku, a oscyloskop przetwarzający sygnał wyświetla obraz odzwierciedlający kształt fali dźwiękowej. W ten sposób pomiar ciśnienia akustycznego w polu ultradźwiękowym przebiega w bardzo prosty sposób. Tradycyjne materiały stosowane do ultradźwiękowych badań pola dźwiękowego to ceramika piezoelektryczna i PVDF (polifluorek winylidenu). Ceramika piezoelektryczna ma wysoką twardość i czułość i może wytrzymać pewien zakres ciśnienia akustycznego w polu HIFU przy małej mocy, ale natężenie dźwięku jest zwiększone. 

Kiedy duży Piezoelektryczny przetwornik rurowy łatwo ulega uszkodzeniu, liniowy zakres dynamiki jest mały, a impedancja akustyczna jest wysoka, przez co hydrofon ma pewne zakłócenia w mierzonym polu dźwiękowym. Impedancja akustyczna PVDF jest zbliżona do impedancji akustycznej wody, z dobrym dopasowaniem impedancji akustycznej, miękką teksturą, łatwym przetwarzaniem, stabilnymi właściwościami chemicznymi, szerokim pasmem przenoszenia i doskonałą liniowością. Zakres dynamiki jest większy niż w przypadku piezoelektrycznych hydrofonów ceramicznych. Dlatego obecnie do pomiarów powszechnie stosuje się PVDF. Może poprawić nierówną charakterystykę częstotliwościową wytwarzaną przez ceramikę piezoelektryczną i zmniejszyć zakłócenia w mierzonym polu dźwiękowym, o ile folia jest wystarczająco cienka. PVDF jest dostępny zarówno w postaci folii, jak i igieł. Średnica rodzaju folii jest większa niż 5 cm, natomiast średnica igły jest mniejsza niż 1 mm, co łatwo ulega uszkodzeniu w polu dźwiękowym HIFU. Rozmiar obszaru ogniskowego HIFU wynosi około 1,1 mm × 2,1 mm × 3,2 mm. Wadą PVDF jest niska rozdzielczość przestrzenna i efekt krawędziowy. Objętość nie może być bardzo mała. Jest ograniczona temperaturą. Gdy temperatura osiągnie 60°C, nastąpi depolaryzacja, stopień ponownego użycia jest niski, a pomiar hydrofonu wymaga mechanicznej metody skanowania punkt po punkcie. Nawet jeśli skanowana jest płaszczyzna o wymiarach 10×10 cm 2, najszybciej zajmuje to kilka godzin, dlatego stosuje się kilka prostych linii, rurka piezoelektryczna do przetworników hydroakustycznych opisuje rozkład pola dźwiękowego, który staje się nieunikniony.

Zastosowanie piezoelektrycznych ceramicznych pustych kulek o wysokiej częstotliwości jako hydrofonów ma wyjątkowe zalety pod względem geometrii, rozmiaru i czułości. Kulka ma średnicę od 0,7 do 1 mm, częstotliwość rezonansową od 1,8 do 2,7 MHz i czułość dwukrotnie większą niż hydrofon szpilkowy. Ma doskonałą stabilność i jest poddawany czterokrotnie większemu ciśnieniu niż hydrofon kołkowy. Jest to idealny czujnik do pomiaru pól dźwiękowych o dużym natężeniu. Opisano nowy typ hydrofonu do pomiaru pola dźwiękowego HIFU, który wskazuje, że czujnik może mierzyć moc akustyczną podczas zabiegu HI FU, a tym samym czuły przetwornik piezoelektryczny zapewnia dokładne dostarczanie energii podczas zabiegu i pomiar siły promieniowania. W porównaniu z pomiarami hydrofonowymi jego elementy są trwałe i mają niewielki wpływ temperatury. W 2006 roku Zanelli i Howard zaprojektowali hydrofon, który skutecznie zapobiega uszkodzeniom kawitacyjnym. ceramika piezoelektryczna jest umieszczona w metalowej osłonie, aby zapewnić gładką powierzchnię zewnętrzną dla jądra kawitacyjnego na tej powierzchni. Możliwość wystąpienia jest zredukowana do minimum. W odgazowanej wodzie dejonizowanej pomiar pola akustycznego przetwornika o częstotliwości 1,50 MHz, średnicy 100 mm i ogniskowej 150 mm dał dobre wyniki. Jednak liniowy zakres dynamiki ceramiki piezoelektrycznej jest niewystarczający, co wpływa na górną granicę wykorzystywaną w pomiarach HIFU.

Jeśli chodzi o kontrolę światłowodów, wykrywanie światłowodów charakteryzuje się zakłóceniami antyelektromagnetycznymi, niewielkimi rozmiarami, wysoką rozdzielczością przestrzenną, szerokim pasmem odpowiedzi i niezwykle dużą szybkością reakcji i jest szeroko stosowane w wielu dziedzinach. Wykrywanie ultradźwiękowego pola dźwiękowego za pomocą światłowodu odnosi się do metody uzyskiwania sygnału pola dźwiękowego poprzez analizę sygnałów optycznych, takich jak natężenie światła i faza optyczna modulowana przez pole dźwiękowe w światłowodzie. Powszechnie stosowane w metodzie powierzchni czołowej, metodzie siatki światłowodowej i metodzie dyfrakcji akustooptycznej. Proponuje się pomiar pola akustycznego wykorzystując zmianę światła odbitego na końcu światłowodu, czyli metodą czoła. Na końcu włókna pokryty jest wielowarstwowym medium. Kiedy fala dźwiękowa pada na ośrodek wielowarstwowy, powoduje odkształcenie sprężyste ośrodka. Na każdym poziomie znajduje się światło odbite, więc w sumie z piezoelektrycznej rurki ceramicznej to światło odbite ze wszystkich warstw. Światło odbite W wyniku interferencji można zmierzyć ciśnienie akustyczne na powierzchni czołowej światłowodu, mierząc zmianę natężenia światła odbitego. Zwraca się również uwagę, że nieliniowa odchyłka tego typu czujnika jest mniejsza niż 5% przy -3-30 MPa. Na tej podstawie w 1996 roku zaproponowano i zaprojektowano prototyp wielowarstwowego czujnika światłowodowego.

 Uważa, że ​​czujnik może być stosowany do wysokoenergetycznych fal uderzeniowych i niskoenergetycznych diagnostycznych pomiarów ultradźwiękowych. Jednakże sonda czujnika ma ograniczoną odporność na uderzenia w polu dźwiękowym HIFU. Kouch ulepszył go za pomocą włókna z pojedynczą powłoką i wykorzystuje interferometrię Michelsona w celu poprawy czułości. Jako ramię interferometru zastosowano jednowarstwowy światłowód z powierzchnią z tytanowej płytki. Pod wpływem pola dźwiękowego powierzchnia końcowa światłowodu nieznacznie się poruszy. To małe przemieszczenie można wykryć za pomocą interferometru. Źródłem światła zastosowanym w eksperymencie było źródło laserowe He2He o mocy 2 mW, a zadaniem fotodiody była redukcja szumów. W porównaniu z metodą pomiaru zmiany natężenia światła czułość jest wyższa, ale układ ścieżki optycznej jest bardziej skomplikowany, a wymagania dotyczące izolacji drgań są wysokie, co wpływa na jego praktyczne zastosowanie.