Transducteur ultrasonique responsable de la réception et de la réflexion des ultrasons
La sonde à ultrasons, également connue sous le nom de transducteur à ultrasons, est un dispositif clé pour transmettre et recevoir des ondes ultrasonores. Il est divisé en transducteur émetteur et transducteur récepteur. Le transducteur émetteur convertit d'autres formes d'énergie en ondes ultrasonores, et le transducteur récepteur convertit les ondes ultrasonores reçues en une autre énergie qui est facile à mesurer. Il existe de nombreuses formes d'énergie, donc la forme du transducteur est également différente. Dans la mesure par ultrasons, les transducteurs piézoélectriques sont couramment utilisés, suivis des transducteurs magnétostrictifs.
(1) Transducteur piézoélectrique
La réception et la réflexion du transducteur piézoélectrique sont basées sur l'effet piézoélectrique et l'effet piézoélectrique inverse. L'émission d'ondes ultrasonores utilise l'effet piézoélectrique inverse des matériaux piézoélectriques pour appliquer une tension alternative aux électrodes sur la face d'extrémité du matériau piézoélectrique. Le long de la direction de l'épaisseur du cristal, des vibrations mécaniques avec la même fréquence que la tension alternative appliquée seront générées et émises vers l'extérieur Les ondes sonores réalisent la conversion de l'énergie électrique et de l'énergie sonore (énergie mécanique). La réception ultrasonique utilise l'effet piézoélectrique des matériaux piézoélectriques. Lorsque les matériaux piézoélectriques sont soumis à la pression acoustique des ondes sonores, les deux extrémités du matériau génèrent des charges qui sont synchronisées avec les changements de pression acoustique, convertissant ainsi l'énergie sonore (énergie mécanique) en énergie électrique.
Les matériaux piézoélectriques peuvent être des cristaux de quartz, des céramiques piézoélectriques, des semi-conducteurs piézoélectriques, des matériaux piézoélectriques polymères, etc. Selon différents besoins, il existe de nombreux modes de vibration de la feuille piézoélectrique, tels que la vibration d'épaisseur de la feuille, la vibration de longueur de la feuille longitudinale, la vibration radiale du disque, la vibration de flexion, etc. Parmi eux, la vibration d'épaisseur de feuille est la plus utilisée.
Parce que le cristal piézoélectrique lui-même est relativement fragile et en raison de diverses exigences en matière d'isolation, d'étanchéité, de résistance à la corrosion, d'adaptation d'impédance et de mauvaise protection de l'environnement, les éléments piézoélectriques sont souvent installés dans une coque pour former une sonde. Parmi eux, le film sonore sphérique joue un rôle dans l'amélioration de l'adaptation d'impédance et l'augmentation de la puissance de rayonnement. Sa fréquence de vibration est supérieure à plusieurs centaines de kilohertz, et une feuille piézoélectrique avec vibration d'épaisseur est utilisée.
(2) Transducteur magnétostrictif
La réception et la transmission du transducteur magnétostrictif sont basées sur l'effet magnétostrictif et l'effet magnétostrictif inverse. L'émission d'ondes ultrasonores utilise l'effet magnétostrictif du matériau magnétostrictif. Le matériau magnétostrictif est placé dans un champ magnétique alternatif, ce qui l'amène à produire des changements alternés de dimensions mécaniques le long de la direction du champ magnétique, c'est-à-dire des vibrations mécaniques, générant ainsi des ultrasons. La réception ultrasonique utilise l'effet magnétostrictif inverse des matériaux magnétostrictifs. Lorsque les matériaux magnétostrictifs sont soumis à une pression acoustique, ils provoqueront une déformation interne et des contraintes, ce qui entraînera le déplacement des frontières entre les domaines magnétiques. Le vecteur de magnétisation tourne, de sorte que la magnétisation et la perméabilité du matériau changent en conséquence. L'ajout d'une bobine au matériau magnétostrictif peut convertir le changement magnétique du matériau en un changement du courant de la bobine, de sorte qu'il peut être utilisé pour recevoir des ondes ultrasonores.
Les matériaux magnétostrictifs peuvent être certains matériaux ferromagnétiques et leurs alliages, tels que le nickel, les alliages nickel-fer, les alliages aluminium-fer, les alliages fer-cobalt-vanadium, etc., et les ferrites contenant du zinc et du nickel. Différents matériaux magnétostrictifs ont des effets magnétostrictifs différents lorsqu'un champ magnétique alternatif est appliqué, et le nickel a le plus grand effet magnétostrictif.
Les transducteurs magnétostrictifs couramment utilisés sont constitués de feuilles de nickel d'une épaisseur de 0,1 à 0,4 mm. Des mesures d'isolation sont prises entre les feuilles pour réduire la perte de courants de Foucault. Ses formes sont rectangulaires, en forme de fenêtre, etc.
