Performances du capteur à ultrasons
Les capteurs à ultrasons piézoélectriques utilisent le principe de l'effet piézoélectrique des matériaux piézoélectriques pour fonctionner. Les matériaux de composants sensibles couramment utilisés comprennent principalement les cristaux piézoélectriques et les céramiques piézoélectriques.
Selon la différence entre les effets piézoélectriques positifs et inverses, les capteurs à ultrasons piézoélectriques sont divisés en générateurs (sondes émettrices) et récepteurs (sondes réceptrices). Selon la structure et le type d'onde utilisé, ils peuvent être divisés en sondes droites, sondes à ondes de surface et sonde à ondes de Lamb, sonde à angle variable, sonde à double cristal, sonde de mise au point, sonde d'immersion dans l'eau, sonde de pulvérisation d'eau et sonde spéciale, etc. .
Le générateur d'ultrasons piézoélectriques utilise le principe de l'utilité piézoélectrique inverse pour convertir les vibrations en analyse de vibrations à haute fréquence, puis génère des ondes ultrasonores. Lorsque la fréquence de la tension de fonctionnement alternative est équivalente à la fréquence de résonance du matériau piézoélectrique, cela provoquera une résonance et l'onde ultrasonore générée à ce moment est la plus forte. Le capteur à ultrasons piézoélectrique peut générer des ondes ultrasonores à haute fréquence de dizaines de kilohertz à des dizaines de mégahertz, et son niveau d'intensité sonore peut atteindre des dizaines de watts par centimètre cube.
La structure clé d'un capteur à ultrasons piézoélectrique typique est composée d'une plaquette piézoélectrique, d'un bloc d'absorption (bloc d'amortissement) et d'un film protecteur. Les plaquettes piézoélectriques sont pour la plupart en forme de disque et la fréquence des ultrasons est inversement proportionnelle à son épaisseur. Les deux côtés de la puce piézoélectrique sont plaqués d'une couche d'argent en tant que pièce polaire conductrice, le côté inférieur est mis à la terre et le côté supérieur est relié au fil de mise à la terre du transformateur. Afin de mieux éviter le contact direct entre le capteur et le DUT et d'endommager la puce piézoélectrique, un film de protection est collé sous la puce piézoélectrique. L'effet du bloc d'absorption est de réduire la qualité de l'équipement mécanique de la puce piézoélectrique et d'absorber l'énergie cinétique de l'onde ultrasonore.
Le récepteur à ultrasons piézoélectrique fonctionne en utilisant le principe de l'effet piézoélectrique positif. Lorsque des ondes ultrasonores agissent sur la plaquette piézoélectrique pour provoquer l'expansion et la contraction de la plaquette, des charges de polarité opposée sont générées sur les deux surfaces de la plaquette. Ces charges sont converties en tensions et envoyées sur le schéma du circuit de mesure après amplification, et enfin enregistrées ou affichées. La structure d'un récepteur d'ultrasons piézoélectrique est fondamentalement la même que celle d'un générateur d'ultrasons, et parfois le même capteur est utilisé à la fois comme générateur et récepteur.
Les principales performances du capteur à ultrasons comprennent :
(1) Fréquence de fonctionnement : La fréquence de fonctionnement est la fréquence de résonance de la plaquette piézoélectrique. Lorsque la fréquence de la tension alternative appliquée à ses deux extrémités est égale à la fréquence de résonance de la puce, l'énergie de sortie est la plus élevée et la sensibilité est la plus élevée.
(2) Température de fonctionnement : étant donné que le point de Curie des matériaux piézoélectriques est généralement relativement élevé, en particulier lorsque la sonde à ultrasons utilisée pour le diagnostic utilise une faible puissance, la température de fonctionnement est relativement basse et peut fonctionner longtemps sans défaillance. La température des sondes à ultrasons médicales est relativement élevée et nécessite un équipement de réfrigération séparé.
(3) Sensibilité : dépend principalement de la plaquette de fabrication elle-même. Le coefficient de couplage électromécanique est grand et la sensibilité est élevée ; au contraire, la sensibilité est faible.
Critères de fonctionnement des capteurs à ultrasons :
Les capteurs à ultrasons peuvent être divisés en piézoélectriques, magnétostrictifs, électromagnétiques, etc. selon leurs principes de fonctionnement. Le type piézoélectrique est le plus couramment utilisé.
