Transductor ultrasónico responsable de la recepción y reflexión de ultrasonidos
La sonda ultrasónica, también conocida como transductor ultrasónico, es un dispositivo clave para transmitir y recibir ondas ultrasónicas. Se divide en transductor transmisor y transductor receptor. El transductor transmisor convierte otras formas de energía en ondas ultrasónicas y el transductor receptor convierte las ondas ultrasónicas recibidas en otra energía que es fácil de medir. Hay muchas formas de energía, por lo que la forma del transductor también es diferente. En la medición ultrasónica, se utilizan comúnmente transductores piezoeléctricos, seguidos de transductores magnetoestrictivos.
(1) Transductor piezoeléctrico
La recepción y reflexión del transductor piezoeléctrico se basa en el efecto piezoeléctrico y el efecto piezoeléctrico inverso. La emisión de ondas ultrasónicas utiliza el efecto piezoeléctrico inverso de los materiales piezoeléctricos para aplicar un voltaje alterno a los electrodos en la cara del extremo del material piezoeléctrico. A lo largo de la dirección del espesor del cristal, se generarán vibraciones mecánicas con la misma frecuencia que el voltaje alterno aplicado y se emitirán hacia afuera. Las ondas sonoras realizan la conversión de energía eléctrica y energía sonora (energía mecánica). La recepción ultrasónica utiliza el efecto piezoeléctrico de los materiales piezoeléctricos. Cuando los materiales piezoeléctricos se someten a la presión sonora de las ondas sonoras, ambos extremos del material generarán cargas que se sincronizarán con los cambios en la presión sonora, convirtiendo así la energía sonora (energía mecánica) en energía eléctrica.
Los materiales piezoeléctricos pueden ser cristales de cuarzo, cerámicas piezoeléctricas, semiconductores piezoeléctricos, materiales piezoeléctricos poliméricos y similares. Según las diferentes necesidades, hay muchos modos de vibración de la hoja piezoeléctrica, como la vibración del espesor de la hoja, la vibración de la longitud de la hoja longitudinal, la vibración radial del disco, la vibración de flexión, etc. Entre ellos, la vibración del espesor de chapa es la más utilizada.
Debido a que el cristal piezoeléctrico en sí mismo es relativamente frágil y debido a varios requisitos de aislamiento, sellado, resistencia a la corrosión, adaptación de impedancia y protección deficiente del medio ambiente, los elementos piezoeléctricos a menudo se instalan en una carcasa para formar una sonda. Entre ellos, la película de sonido esférica juega un papel en la mejora de la adaptación de impedancias y el aumento de la potencia de radiación. Su frecuencia de vibración es superior a varios cientos de kilohercios y se utiliza una lámina piezoeléctrica con vibración de espesor.
(2) Transductor magnetoestrictivo
La recepción y transmisión del transductor magnetoestrictivo se basa en el efecto magnetoestrictivo y el efecto magnetoestrictivo inverso. La emisión de ondas ultrasónicas utiliza el efecto magnetoestrictivo del material magnetoestrictivo. El material magnetoestrictivo se coloca en un campo magnético alterno, lo que hace que produzca cambios alternos en las dimensiones mecánicas a lo largo de la dirección del campo magnético, es decir, vibración mecánica, generando así ultrasonido. La recepción ultrasónica utiliza el efecto magnetoestrictivo inverso de los materiales magnetoestrictivos. Cuando los materiales magnetoestrictivos se someten a presión sonora, provocarán deformaciones y tensiones internas, lo que provocará que se muevan los límites entre los dominios magnéticos. El vector de magnetización gira, de modo que la magnetización y la permeabilidad del material cambian en consecuencia. Agregar una bobina al material magnetoestrictivo puede convertir el cambio magnético del material en un cambio en la corriente de la bobina, por lo que puede usarse para recibir ondas ultrasónicas.
Los materiales magnetoestrictivos pueden ser ciertos materiales ferromagnéticos y sus aleaciones, como níquel, aleaciones de níquel-hierro, aleaciones de aluminio-hierro, aleaciones de hierro-cobalto-vanadio, etc., y ferritas que contienen zinc y níquel. Los diferentes materiales magnetoestrictivos tienen diferentes efectos magnetoestrictivos cuando se aplica un campo magnético alterno, y el níquel tiene el mayor efecto magnetoestrictivo.
Los transductores magnetoestrictivos de uso común están hechos de láminas de níquel con un grosor de 0,1 ± 0,4 mm. Se toman medidas de aislamiento entre las láminas para reducir la pérdida de corrientes parásitas. Sus formas son rectangulares, en forma de ventana, etc.
