Войти
Ультразвуковой преобразователь с линейной решеткой для использования в медицинской ультрасонографии 
Внутри конструкции Установка ультразвукового датчика Philips C5-2 на 128 элементов изогнутой матрицы. Ультразвуковые преобразователи и ультразвуковые датчики - это устройства, которые генерируют или воспринимают ультразвуковую энергию. Их можно разделить на три большие категории: передатчики, приемники и трансиверы. Передатчики преобразуют электрические сигналы в ультразвук, приемники преобразуют ультразвук в электрические сигналы, а приемопередатчики могут как передавать, так и принимать ультразвук.
Подобно радару и сонару, ультразвуковые преобразователи используются в системах, которые оценивают цели путем интерпретации отраженных сигналов. Например, измеряя время между отправкой сигнала и получением эха, можно вычислить расстояние до объекта. Пассивные ультразвуковые датчики - это в основном микрофоны, которые обнаруживают ультразвуковой шум, который присутствует при определенных условиях.
Конструкция датчика может сильно различаться в зависимости от его использования: датчики, используемые для медицинских диагностических целей, например, перечисленные выше приложения для определения дальности, обычно имеют меньшую мощность, чем те, которые используются для изменения свойств жидкая среда или мишени, погруженные в жидкую среду, за счет химических, биологических или физических (например, эрозионных) воздействий. Последний класс включает ультразвуковые датчики и ультразвуковые ванны, которые используют ультразвуковую энергию для перемешивания частиц, очистки, разрушения или разрушения биологических клеток в широком диапазоне материалов; См. Обработка ультразвуком.
Ультразвук можно использовать для измерения скорости и направления ветра (анемометр ), уровня жидкости в резервуаре или канале, а также скорости в воздухе или воде. Для измерения скорости или направления устройство использует несколько детекторов и вычисляет скорость по относительным расстояниям до твердых частиц в воздухе или воде. Для измерения уровня жидкости в резервуаре или канале , а также уровня моря (мареограф ) датчик измеряет расстояние (диапазон ) до поверхность жидкости. Другие области применения: увлажнители, сонар, медицинское УЗИ, охранная сигнализация, неразрушающий контроль и беспроводная зарядка.
В системах обычно используется преобразователь, который генерирует звуковые волны в ультразвуковом диапазоне, выше 18 кГц, превращая электрическую энергию в звук, а затем при получении эха превращает звуковые волны в электрическую энергию, которую можно измерить и отобразить..
Эта технология также может обнаруживать приближающиеся объекты и отслеживать их положение.
Ультразвук также может использоваться для измерения расстояния от точки к точке путем передачи и приема дискретных импульсов ультразвука между преобразователями. Этот метод известен как Сономикрометрия, при котором время прохождения ультразвукового сигнала измеряется электронным способом (т.е. цифровым способом) и математически преобразуется в расстояние между преобразователями, предполагая, что скорость звука в среде между преобразователями известна. Этот метод может быть очень точным с точки зрения временным и пространственным разрешением, так как измерение времени пролета может быть получена из отслеживания и тот же случай (полученного) формы сигнала либо опорного уровня или пересечения нуля. Это позволяет разрешающей способности измерения намного превышать длину волны звуковой частоты, генерируемой преобразователями.
Звуковое поле нефокусирующего ультразвукового преобразователя 4 МГц с длиной ближнего поля N = 67 мм в воде. График показывает звуковое давление в логарифмической шкале дБ. 
Поле звукового давления того же ультразвукового преобразователя (4 МГц, N = 67 мм) с поверхностью преобразователя, имеющей сферическую кривизну с радиусом кривизны R = 30 мм Ультразвуковые преобразователи преобразуют переменный ток в ультразвук, а также наоборот. Ультразвук обычно относится к пьезоэлектрическим преобразователям или емкостным преобразователям. Пьезоэлектрические кристаллы изменяют размер и форму при приложении напряжения ; Напряжение переменного тока заставляет их колебаться с одинаковой частотой и издавать ультразвуковой звук. Емкостные датчики используют электростатическое поле между проводящей диафрагмой и опорной пластиной.
Диаграмма луча преобразователя может определяться активной площадью и формой преобразователя, длиной волны ультразвука и скоростью звука в среде распространения. На диаграммах показаны звуковые поля несфокусированного и фокусирующего ультразвукового преобразователя в воде, явно на разных уровнях энергии.
Поскольку пьезоэлектрические материалы генерируют напряжение при приложении к ним силы, они также могут работать как ультразвуковые детекторы. В некоторых системах используются отдельные передатчики и приемники, в то время как другие объединяют обе функции в одном пьезоэлектрическом приемопередатчике.
В ультразвуковых передатчиках также могут использоваться непьезоэлектрические принципы. например магнитострикция. Материалы с этим свойством немного изменяют размер под воздействием магнитного поля, что позволяет использовать их в качестве преобразователей.
Конденсаторный («конденсаторный») микрофон имеет тонкую диафрагму, которая реагирует на ультразвуковые волны. Изменения в электрическом поле между диафрагмой и близко расположенные опорной пластины преобразуют звуковые сигналы в электрические токи, которые могут быть усилены.
Принцип диафрагмы (или мембраны) также используется в относительно новых ультразвуковых преобразователях (MUT) с микрообработкой. Эти устройства изготавливаются с использованием технологии микрообработки кремния (MEMS ), которая особенно полезна для изготовления матриц преобразователей. Вибрации диафрагм могут быть измерены или индуцированные электронным способом с использованием емкости между диафрагмой и близко расположенной опорной пластиной (CMUT ), или путем добавления тонкого слоя пьезоэлектрического материала на диафрагме (PMUT ). В качестве альтернативы недавнее исследование показало, что вибрацию диафрагмы можно измерить с помощью крошечного кольцевого оптического резонатора, встроенного в диафрагму (OMUS).
Ультразвуковые преобразователи также используются при акустической левитации.
Медицинские ультразвуковые преобразователи (датчики) бывают самых разных форм и размеров для использования при получении изображений поперечного сечения различных частей тела. Датчик можно использовать для контакта с кожей, как при ультразвуковой визуализации плода, или вводить в отверстие тела, такое как прямая кишка или влагалище. Клиницисты, выполняющие процедуры под контролем ультразвука, часто используют систему позиционирования зонда для удержания ультразвукового датчика.
Ультразвуковые датчики могут обнаруживать движение целей и измерять расстояние до них на многих автоматизированных заводах и производственных предприятиях. Датчики могут иметь включенный или выключенный цифровой выход для обнаружения движения объектов или аналоговый выход, пропорциональный расстоянию. Они могут ощущать край материала как часть системы направления полотна .
Ультразвуковые датчики широко используются в автомобилях как датчики парковки, чтобы помочь водителю вернуться задним ходом на парковочные места. Они проходят испытания для ряда других автомобильных применений, включая ультразвуковое обнаружение людей и помощь в автономной БПЛА навигации.
Поскольку ультразвуковые датчики используют звук, а не свет для обнаружения, они работают в приложениях, где фотоэлектрические датчики не могут. Ультразвук - отличное решение для четкого обнаружения объектов и измерения уровня жидкостей, приложений, с которыми фотоэлектрики борются из-за прозрачности цели. Кроме того, цвет цели или отражательная способность не влияют на ультразвуковые датчики, которые могут надежно работать в условиях сильного ослепления.
Пассивные ультразвуковые датчики могут использоваться для обнаружения утечек газа или жидкости под высоким давлением, а также других опасных условий, при которых возникает ультразвуковой звук. В этих устройствах звук с преобразователя (микрофона) преобразуется в диапазон человеческого слуха.
Ультразвуковые излучатели большой мощности используются в имеющихся в продаже устройствах ультразвуковой очистки. Ультразвуковой преобразователь прикрепляют к поддону из нержавеющей стали, наполненному растворителем (часто водой или изопропанолом ). Электрическая прямоугольная волна питает преобразователь, создавая в растворителе звук, достаточно сильный, чтобы вызвать кавитацию.
Ультразвуковая технология использовалась для различных целей очистки. Одно из направлений, которое набирает приличную популярность в последнее десятилетие, - это чистка ультразвуковым пистолетом.
Ультразвуковой контроль также широко используется в металлургии и машиностроении для оценки коррозии, сварных швов и дефектов материалов с помощью различных типов сканирования.
