Що таке виявлення гідрофона

Гідрофон - це перетворювач, який перетворює сигнал звукового тиску під водою в електричний сигнал. При тиску (акустичних збуреннях) на п'єзоелектричний матеріал п'єзокерамічних трубок змінюється, розподіл заряду всередині п'єзоелектричного матеріалу змінюється пропорційно і відображається у вигляді сигналу напруги, тому його можна витягнути через електрод на поверхню п'єзоелектричного елемента. Ці заряди підсилюються підсилювачем напруги або підсилювачем заряду, а осцилограф обробки сигналу відображає зображення, яке відображає форму звукової хвилі. Таким чином, вимірювання звукового тиску в ультразвуковому звуковому полі виконується дуже простим способом. Традиційними матеріалами, що використовуються для ультразвукового тестування звукового поля, є п’єзоелектрична кераміка та PVDF (полівініліденфторид). П'єзоелектрична кераміка має високу твердість і чутливість і може витримувати певний діапазон звукового тиску в полі HIFU при низькій потужності, але при цьому інтенсивність звуку збільшується. 

Коли великий П'єзоциліндровий трубчастий перетворювач легко ламається, лінійний динамічний діапазон невеликий, а акустичний опір високий, тому гідрофон має певні перешкоди для вимірювання звукового поля. Акустичний опір PVDF близький до акустичного опору води, з хорошим відповідністю акустичного опору, м'якою текстурою, легкою обробкою, стабільними хімічними властивостями, широкою частотною характеристикою та відмінною лінійністю. Динамічний діапазон більший, ніж у п'єзоелектричних керамічних гідрофонів. Тому PVDF в даний час зазвичай використовується для вимірювання. Це може покращити нерівномірну частотну характеристику, створювану п’єзоелектричною керамікою, і зменшити перешкоди для вимірювального звукового поля, якщо плівка досить тонка. ПВДФ доступний у вигляді плівки та голки. Діаметр типу плівки перевищує 5 см, тоді як діаметр голки менше 1 мм, яку легко пошкодити в звуковому полі HIFU. Розмір фокусної області HIFU становить близько 1,1 мм × 2,1 мм × 3,2 мм. Недоліком PVDF є низька просторова роздільна здатність і ефект країв. Обсяг не можна робити дуже маленьким. Він обмежений температурою. Коли температура досягає 60°C, відбувається деполяризація, швидкість повторного використання низька, а вимірювання гідрофоном вимагає механічного методу поточкового сканування. Навіть якщо сканується площина 10 × 10 см 2, це займає не більше кількох годин, тому використовується кілька простих ліній, П'єзотрубка для гідроакустичних перетворювачів описує розподіл звукового поля стає неминучим.

Використання високочастотних п'єзоелектричних керамічних порожнистих сфер як гідрофонів має унікальні переваги з точки зору геометрії, розміру та чутливості. Куля має діаметр від 0,7 до 1 мм, резонансну частоту від 1,8 до 2,7 МГц і чутливість, яка вдвічі перевищує чутливість штифтового гідрофона. Він має чудову стабільність і піддається тиску, що в чотири рази перевищує тиск штирьового гідрофону. Це ідеальний датчик для вимірювання звукових полів високої інтенсивності. Повідомляється про новий тип гідрофону для вимірювання звукового поля HIFU, який вказує, що датчик може вимірювати потужність звуку під час лікування HIFU, таким чином чутливий п'єзоелектричний перетворювач забезпечує точну подачу енергії під час лікування та вимірювання сили випромінювання. У порівнянні з гідрофонними вимірюваннями його компоненти довговічні та мають невеликий температурний вплив. У 2006 році Занеллі та Ховард розробили гідрофон, який ефективно запобігає кавітаційному пошкодженню. п'єзоелектрична кераміка розміщена в металевому екрані, щоб забезпечити гладку зовнішню поверхню для ядра кавітації на поверхні. Можливість виникнення зведена до мінімуму. У дегазованій деіонізованій воді вимірювання звукового поля перетворювача з частотою 1,50 МГц, діаметром 100 мм і фокусною відстанню 150 мм досягло хороших результатів. Однак лінійний динамічний діапазон п’єзоелектричної кераміки є недостатнім, що впливає на верхню межу, яку вона використовує у вимірах HIFU.

Щодо перевірки волокна, датчик оптичного волокна має антиелектромагнітні перешкоди, малий розмір, високу просторову роздільну здатність, широку смугу відгуку та надзвичайно швидку швидкість відгуку, і широко використовується в багатьох галузях. Виявлення оптичним волокном ультразвукового звукового поля відноситься до методу отримання сигналу звукового поля шляхом аналізу оптичних сигналів, таких як інтенсивність світла та оптична фаза, модульована звуковим полем в оптичному волокні. Зазвичай використовується для методу торцевої поверхні, методу волоконної решітки та методу акустооптичної дифракції. Пропонується вимірювати звукове поле за допомогою зміни відбитого світла на кінці волокна, тобто торцевого методу. Він покритий багатошаровим середовищем на кінці волокна. Коли звукова хвиля падає на багатошарове середовище, вона викликає пружну деформацію середовища. На кожному рівні є відбите світло, тому загальна кількість П'єзоелектрична керамічна трубка Відбите світло - це відбите світло від усіх шарів. В результаті інтерференції звуковий тиск на торці волокна можна виміряти шляхом вимірювання зміни інтенсивності відбитого світла. Також зазначено, що нелінійне відхилення цього типу датчика становить менше 5% при -3-30 МПа. У 1996 році на основі цього був запропонований і розроблений прототип волоконного датчика з багатошаровим покриттям.

 Він вважає, що датчик можна використовувати для високоенергетичних ударних хвиль і низькоенергетичних діагностичних ультразвукових вимірювань. Проте зонд датчика має обмежену ударостійкість у звуковому полі HIFU. Коуч покращив його за допомогою волокна з одним покриттям і використовує інтерферометрію Майхельсона для підвищення чутливості. Як плече інтерферометра використовується одноплівкове оптоволокно з титановою пластиною. Під дією звукового поля торець світловода трохи переміститься. Це невелике зміщення можна виявити за допомогою інтерферометра. Джерелом світла, використаним в експерименті, було джерело He2He-лазера потужністю 2 мВт, а призначенням фотодіода було зменшення шуму. У порівнянні з методом вимірювання зміни інтенсивності світла чутливість вища, але система оптичного тракту складніша, а вимога до віброізоляції висока, що впливає на її практичне застосування.