Rendimiento del sensor ultrasónico
Los sensores ultrasónicos piezoeléctricos utilizan el principio del efecto piezoeléctrico de los materiales piezoeléctricos para funcionar. Los materiales de componentes sensibles comúnmente utilizados incluyen principalmente cristales piezoeléctricos y cerámicas piezoeléctricas.
Según la diferencia entre los efectos piezoeléctricos positivos e inversos, los sensores ultrasónicos piezoeléctricos se dividen en generadores (sondas de transmisión) y receptores (sondas de recepción). Según la estructura y el tipo de onda utilizado, se pueden dividir en sondas rectas, sondas de onda de superficie y sonda de onda Lamb, sonda de ángulo variable, sonda de cristal dual, sonda de enfoque, sonda de inmersión en agua, sonda de pulverización de agua y sonda especial, etc. .
El generador ultrasónico piezoeléctrico utiliza el principio de utilidad piezoeléctrica inversa para convertir la vibración en análisis de vibración de alta frecuencia y luego genera ondas ultrasónicas. Cuando la frecuencia del voltaje de trabajo alterno es equivalente a la frecuencia de resonancia del material piezoeléctrico, causará resonancia y la onda ultrasónica generada en este momento es la más fuerte. El sensor ultrasónico piezoeléctrico puede generar ondas ultrasónicas de alta frecuencia de decenas de kilohercios a decenas de megahercios, y su nivel de intensidad de sonido puede alcanzar decenas de vatios por centímetro cúbico.
La estructura clave de un sensor ultrasónico piezoeléctrico típico se compone de una oblea piezoeléctrica, un bloque de absorción (bloque de amortiguación) y una película protectora. Las obleas piezoeléctricas tienen principalmente forma de disco y la frecuencia ultrasónica es inversamente proporcional a su grosor. Los dos lados del chip piezoeléctrico están recubiertos con una capa de plata como una pieza polar conductora, el lado inferior está conectado a tierra y el lado superior está conectado al cable de conexión a tierra del transformador. Para evitar mejor el contacto directo entre el sensor y el dispositivo bajo prueba y dañar el chip piezoeléctrico, se adhiere una película protectora debajo del chip piezoeléctrico. El efecto del bloque de absorción es reducir la calidad del equipo mecánico del chip piezoeléctrico y absorber la energía cinética de la onda ultrasónica.
El receptor ultrasónico piezoeléctrico funciona utilizando el principio del efecto piezoeléctrico positivo. Cuando las ondas ultrasónicas actúan sobre la oblea piezoeléctrica para hacer que la oblea se expanda y contraiga, se generan cargas de polaridad opuesta en las dos superficies de la oblea. Estas cargas se convierten en voltajes y se envían al diagrama del circuito de medición después de la amplificación, y finalmente se registran o muestran. La estructura de un receptor ultrasónico piezoeléctrico es básicamente la misma que la de un generador ultrasónico y, a veces, se utiliza el mismo sensor como generador y receptor.
El principal rendimiento del sensor ultrasónico incluye:
(1) Frecuencia de funcionamiento: La frecuencia de funcionamiento es la frecuencia de resonancia de la oblea piezoeléctrica. Cuando la frecuencia del voltaje CA aplicado a sus dos extremos es igual a la frecuencia de resonancia del chip, la energía de salida es la más alta y la sensibilidad es la más alta.
(2) Temperatura de trabajo: debido a que el punto de Curie de los materiales piezoeléctricos es generalmente relativamente alto, especialmente cuando la sonda ultrasónica utilizada para el diagnóstico usa baja potencia, la temperatura de trabajo es relativamente baja y puede funcionar durante mucho tiempo sin fallas. La temperatura de las sondas de ultrasonido médico es relativamente alta y requiere un equipo de refrigeración independiente.
(3) Sensibilidad: depende principalmente de la propia oblea de fabricación. El coeficiente de acoplamiento electromecánico es grande y la sensibilidad es alta; al contrario, la sensibilidad es baja.
Criterios de funcionamiento de los sensores ultrasónicos:
Los sensores ultrasónicos se pueden dividir en piezoeléctricos, magnetoestrictivos, electromagnéticos, etc. según sus principios de funcionamiento. El tipo piezoeléctrico es el más utilizado.
