Область наук:
  • технології матеріалів
  • Рік видавництва: 1998
    Журнал: Известия Південного федерального університету. Технічні науки

    Наукова стаття на тему 'Акустичні датчики для ехотахогемофона'

    Текст наукової роботи на тему «Акустичні датчики для ехотахогемофона»

    ?МИС-98

    III. Ультразвукові та акустичні прилади в медико-біологічної практиці

    ///.СЕКЦІЯ УЛЬТРАЗВУКОВІ І АКУСТИЧНІ ПРИЛАДИ В МЕДИКО-БІОЛОГІЧНОГО ПРАКТИЦІ

    УДК 631.

    АКУСТИЧНІ ДАТЧИКИ ДЛЯ ЕХОТАХОГЕМОФОНА

    Є.І. Сітало, Ю.А. Лабанців, Е.С. Ціхоцький, П.В. Іванов, Л.А. Резниченко

    НДІ фізики Ростовського державного університету, 344090, Ростов-на-Дону, пр.Стачкі, 194, Тел: + 7-8632-285122 факс: + 7-8632-285044, Е - mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    В даний час одними з основних областей застосування ультразвукових (УЗ) перетворювачів є неруйнівний контроль матеріалів і медична діагностика. Тенденції їх розвитку виявляються в підвищенні робочих частот УЗ-перетворювачів, мініатюризації пристроїв і створенні багатоелементних конструкцій. У медичної діагностичної апаратури це необхідно, перш за все, для ідентифікації дрібних об'єктів:

    І в офтальмології - УЗ вимірювання товщини рогівки, аналіз дрібних структур очі;

    І в остеометрія - дослідження стану кісток пацієнтів: тріщини, переломи, вимивання кальцію;

    І в кардіології - контроль стану стінок судин і клапанів серця.

    В якості основного матеріалу УЗ перетворювачів медичних приладів зараз використовується п'єзокераміка на основі цирконата-титанату свинцю (ЦТС). Зокрема, для роботи п'єзоперетворювачів в луна-режимі і режимі прийому використовуються чутливі матеріали марки ЦТС-19 і ПКР-1.

    Така кераміка використовується в роздільних акустичних датчиках (АДР-2, АДР-4, АДР-8), призначених для застосування в складі ехотахогемофона -доплеровского індикатора швидкості кровотоку, що працює в режимі безперервного випромінювання. На даний момент НДІ фізики РГУ має можливість виробляти такі датчики в кількостях, узгоджених з замовником. Випущений комплект відповідної робочої документації.

    Основні електроакустичні параметри датчиків типу АДР наведені в

    таблиці.

    Таблиця

    Найменування параметра Величина

    1. Робоча частота, 1р, МГц 2; 4; 8

    2. Коефіцієнт прийому-передачі, не менше 0,3

    3. Площа випромінювача, не менше, см2 1,2

    4. Активний опір на робочій частоті: Ш приймача, ЯП, Ом Ш випромінювача, ЯИ, Ом від 50 до 500 від 50 до 500

    5. Акустична розв'язка приймача і випромінювача датчика - відношення напруги збудження випромінювача до напруги приймача на робочій частоті, Ь, дБ, не менше 40

    Умови експлуатації :

    Ш температура навколишнього повітря, ° С

    від 10 до 35

    Ш відносна вологість навколишнього повітря при 25 ° С,% 80

    Ш атмосферний тиск, кПа

    100 ± 4

    За умовами транспортування датчик стійкий до температурних впливів в межах від мінус 50 до +60 С, а також до впливів вібрації з частотою 55 Гц і віброприскорення 30 м / с2.

    Габаритні розміри датчика АДР-2 наведені на малюнку.

    Описані вище датчики використовуються в складі індикатора швидкості кровотоку з виділенням напрямки (ІСКН). При застосуванні акустичних датчиків АРД безпосередньо в приладах типу ІСКН вони повинні відповідати таким основним вимогам.

    1. Робоча частота ультразвукових коливань 1р повинна бути в межах

    Необхідно відзначити, однак, що при певних режимах роботи датчиків медичної апаратури властивості застосовуваної в них п'єзокераміки ЦТС не є оптимальними, що вимагає пошуку альтернативних матеріалів. До таких матеріалів відносяться титанат і метаніобат свинцю, різні пьезокомпозіти кераміка-полімер і сегнетопьезоматеріали на основі ниобатов лужних металів.

    5,28 МГц ± 0,5 МГц.

    2. Інтенсивність більше 50 мВт / см .

    коливань - не менше 3 мВт / см2 і не

    Датчик акустичний роздільний. АДР-2. габаритні розміри. . <?2 # и

    * 4

    1 - корпус датчика;

    2 - кабель;

    3 - бирка маркована;

    4 - роз'єм.

    Мал. Креслення датчика АДР-2

    МИС-98

    III. Ультразвукові та акустичні прилади в медико-біологічної практиці Перевагами останніх є:

    Ш висока швидкість звуку (для товщинною моди коливань частотна постійна N = 3000 кГц »мм, тобто У3В = 6000 м / с), що визначає високочастотний діапазон експлуатації УЗ-перетворювача і дозволяє отримувати задану частоту на менш тонких пластинах, що в свою чергу призводить до зменшення ємності перетворювача;

    Ш низька щільність (р = 4,5 г / см3), що призводить, з одного боку, до значного зниження ваги виробів, а з іншого - до зменшення акустичного імпедансу (

    = РУ3 ° < 27 »106 кг / (м2с)), що необхідно для гарного узгодження з акустичною навантаженням;

    Ш досить низька діелектрична проникність (е ° 33 / е 0 < 100), що важливо для електричного узгодження з навантаженням генератора;

    Ш підвищення товщини коефіцієнт електромеханічного зв'язку (К = 0,480,51), що характеризує ефективність роботи перетворювача в луна-режимі і режимі прийому;

    Ш достатня анізотропія пьезосвойств (Кр = 0,25-0,30; К (/ Кр > 2), що дозволяє поліпшити ставлення сигнал / шум і спростити технологію, виключивши операцію різання матеріалу на субелементів;

    Ш низькі діелектричні - tg 5 і помірні механічні - (рм < 100-150 на товщинною моді) втрати, що важливо для отримання коротких імпульсів і рівномірних амплітудно-частотних характеристик.

    Крім того, відтворюваність властивостей ніобатной сегнетопьезокерамікі не поступається п'єзокераміка на основі ЦТС і значно перевершує відтворюваність параметрів матеріалів на основі титанату і метаніобата свинцю. І, нарешті, головне достоїнство ніобатной сегнетокерамики, яке в майбутньому може стати вирішальним при виборі п'єзоматеріалів для медичних датчиків, - кераміка не містить в своєму складі токсичний свинець, технологія її виробництва, елементів і виробів з неї - екологічно чиста.

    У НДІ фізики розроблена ніобатная сегнетопьезокераміка складу ХИХ№03 (х = 0,125) з надлишком №2С03. Перш за все, ця сегнетокераміки відноситься до високочутливим матеріалами, тобто відрізняється підвищеною чутливістю до механічної напруги, що забезпечується високим значенням пьезопостоянной g3l = 19,2 мВ »м / Н. Діелектрична проникність е ° 33 / е 0 = 90. Швидкість звуку уя = 5,4 км / с. Таким чином, при щільності р = 4,5 г / см3, акустичний імпеданс = 24 кг / (м2 »с). Саме такі матеріали використовуються в дефектоскопії і приладах медичної діагностики для ефективної роботи п'єзоперетворювачів в луна-режимі і режимі прийому.

    Дана п'єзокераміка була випробувана в датчиках типу АДР для ехотахогемофона. Випробування показали, що за отриманими значеннями електроакустичних параметрів ніобатная сегнетокераміки не поступається п'єзокераміка типу ЦТС і може бути рекомендована для застосування в акустичних датчиках.


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити