Ultragarso jutiklio veikimas
Pjezoelektriniai ultragarsiniai jutikliai naudoja pjezoelektrinių medžiagų pjezoelektrinio efekto principą. Dažniausiai naudojamos jautrios sudedamosios dalys yra pjezoelektriniai kristalai ir pjezoelektrinė keramika.
Pagal teigiamo ir atvirkštinio pjezoelektrinio poveikio skirtumą pjezoelektriniai ultragarsiniai jutikliai skirstomi į generatorius (perduodančius zondus) ir imtuvus (priėmimo zondus). Pagal struktūrą ir naudojamą bangų tipą juos galima suskirstyti į tiesius zondus, paviršinių bangų zondus ir Lamb bangų zondą, kintamo kampo zondą, dvigubo kristalo zondą, fokusavimo zondą, vandens panardinimo zondą, vandens purškimo zondą ir specialų zondą ir kt. .
Pjezoelektrinis ultragarsinis generatorius naudoja atvirkštinio pjezoelektrinio naudingumo principą, kad paverstų vibraciją į aukšto dažnio virpesių analizę, o tada generuoja ultragarso bangas. Kai kintamos darbinės įtampos dažnis yra lygus pjezoelektrinės medžiagos rezonanso dažniui, jis sukels rezonansą, o šiuo metu sukuriama ultragarso banga yra stipriausia. Pjezoelektrinis ultragarsinis jutiklis gali generuoti aukšto dažnio ultragarso bangas nuo dešimčių kilohercų iki dešimčių megahercų, o jo garso intensyvumo lygis gali siekti dešimtis vatų kubiniame centimetre.
Pagrindinė tipiško pjezoelektrinio ultragarsinio jutiklio struktūra sudaryta iš pjezoelektrinės plokštelės, sugerties bloko (slopinimo bloko) ir apsauginės plėvelės. Pjezoelektrinės plokštelės dažniausiai yra disko formos, o ultragarso dažnis yra atvirkščiai proporcingas jo storiui. Dvi pjezoelektrinės lusto pusės yra padengtos sidabro sluoksniu kaip laidus polius, apatinė pusė yra įžeminta, o viršutinė pusė yra nukreipta į transformatoriaus įžeminimo laidą. Siekiant geriau užkirsti kelią tiesioginiam jutiklio ir DUT kontaktui ir sugadinti pjezoelektrinę lustą, po pjezoelektrine lustu yra klijuojama apsauginė plėvelė. Absorbcijos bloko poveikis yra sumažinti pjezoelektrinės lusto mechaninės įrangos kokybę ir sugerti ultragarso bangos kinetinę energiją.
Pjezoelektrinis ultragarsinis imtuvas veikia naudodamas teigiamo pjezoelektrinio efekto principą. Kai ultragarso bangos veikia pjezoelektrinę plokštelę, todėl plokštelė plečiasi ir susitraukia, ant dviejų plokštelės paviršių susidaro priešingo poliškumo krūviai. Šie krūviai paverčiami įtampa ir po stiprinimo siunčiami į matavimo grandinės schemą, o galiausiai įrašomi arba rodomi. Pjezoelektrinio ultragarsinio imtuvo struktūra iš esmės yra tokia pati kaip ultragarsinio generatoriaus, o kartais tas pats jutiklis naudojamas ir kaip generatorius, ir kaip imtuvas.
Pagrindinis ultragarso jutiklio veikimas apima:
(1) Darbinis dažnis: Darbinis dažnis yra pjezoelektrinės plokštelės rezonanso dažnis. Kai kintamosios srovės įtampos, tiekiamos abiem jo galams, dažnis yra lygus lusto rezonanso dažniui, išėjimo energija yra didžiausia, o jautrumas – didžiausias.
(2) Darbinė temperatūra: Kadangi pjezoelektrinių medžiagų Curie taškas paprastai yra gana aukštas, ypač kai diagnozei naudojamas ultragarsinis zondas naudoja mažą galią, darbinė temperatūra yra palyginti žema ir gali veikti ilgą laiką be gedimų. Medicininių ultragarsinių zondų temperatūra yra gana aukšta ir reikalauja atskiros šaldymo įrangos.
(3) Jautrumas: daugiausia priklauso nuo paties gamybos plokštelės. Elektromechaninio sukabinimo koeficientas yra didelis, o jautrumas didelis; priešingai, jautrumas mažas.
Ultragarsinių jutiklių veikimo kriterijai:
Ultragarsiniai jutikliai pagal veikimo principus gali būti skirstomi į pjezoelektrinius, magnetostrikcinius, elektromagnetinius ir kt. Dažniausiai naudojamas pjezoelektrinis tipas.
