Transdutor ultrassônico responsável pela recepção e reflexão do ultrassom

Transdutor ultrassônico responsável pela recepção e reflexão do ultrassom

A sonda ultrassônica, também conhecida como transdutor ultrassônico, é um dispositivo chave para transmitir e receber ondas ultrassônicas. É dividido em transdutor transmissor e transdutor receptor. O transdutor de transmissão converte outras formas de energia em ondas ultrassônicas e o transdutor receptor converte as ondas ultrassônicas recebidas em outra energia que é fácil de medir. Existem muitas formas de energia, então a forma do transdutor também é diferente. Na medição ultrassônica, transdutores piezoelétricos são comumente usados, seguidos por transdutores magnetostritivos.

(1) Transdutor piezoelétrico

A recepção e reflexão do transdutor piezoelétrico são baseadas no efeito piezoelétrico e no efeito piezoelétrico inverso. A emissão de ondas ultrassônicas usa o efeito piezoelétrico inverso de materiais piezoelétricos para aplicar uma tensão alternada aos eletrodos na face final do material piezoelétrico. Ao longo da direção da espessura do cristal, vibrações mecânicas com a mesma frequência da voltagem alternada aplicada serão geradas e emitidas para fora. As ondas sonoras realizam a conversão de energia elétrica e energia sonora (energia mecânica). A recepção ultrassônica usa o efeito piezoelétrico de materiais piezoelétricos. Quando materiais piezoelétricos são submetidos à pressão sonora de ondas sonoras, ambas as extremidades do material geram cargas que são sincronizadas com as mudanças na pressão sonora, convertendo assim a energia sonora (energia mecânica) em energia elétrica.

Os materiais piezoelétricos podem ser cristais de quartzo, cerâmicas piezoelétricas, semicondutores piezoelétricos, materiais piezoelétricos de polímero e semelhantes. De acordo com as diferentes necessidades, existem muitos modos de vibração da folha piezoelétrica, como a vibração da espessura da folha, a vibração do comprimento da folha longitudinal, a vibração radial do disco, a vibração de flexão e assim por diante. Dentre elas, a vibração na espessura da chapa é a mais utilizada.

Como o próprio cristal piezoelétrico é relativamente frágil e devido a vários requisitos de isolamento, vedação, resistência à corrosão, combinação de impedância e proteção insuficiente do meio ambiente, os elementos piezoelétricos são frequentemente instalados em um invólucro para formar uma sonda. Entre eles, o filme de som esférico desempenha um papel na melhoria da correspondência de impedância e no aumento da potência de radiação. Sua frequência de vibração é acima de várias centenas de quilohertz, e uma folha piezoelétrica com vibração de espessura é usada.

(2) Transdutor magnetostritivo

A recepção e transmissão do transdutor magnetostritivo é baseada no efeito magnetostritivo e no efeito magnetostritivo inverso. A emissão de ondas ultrassônicas utiliza o efeito magnetostritivo do material magnetostritivo. O material magnetostritivo é colocado em um campo magnético alternado, o que faz com que ele produza mudanças alternadas nas dimensões mecânicas ao longo da direção do campo magnético, ou seja, vibração mecânica, gerando ultrassom. A recepção ultrassônica usa o efeito magnetostritivo inverso de materiais magnetostritivos. Quando os materiais magnetorrestritivos são submetidos à pressão sonora, eles causam deformação interna e estresse, o que fará com que os limites entre os domínios magnéticos se movam. O vetor de magnetização gira, de modo que a magnetização e a permeabilidade do material mudam de acordo. Adicionar uma bobina ao material magnetostritivo pode converter a mudança magnética do material em uma mudança na corrente da bobina, de modo que ela pode ser usada para receber ondas ultrassônicas.

Os materiais magnetostritivos podem ser determinados materiais ferromagnéticos e suas ligas, como níquel, ligas de níquel-ferro, ligas de alumínio-ferro, ligas de ferro-cobalto-vanádio, etc. e ferritas contendo zinco e níquel. Diferentes materiais magnetostritivos têm diferentes efeitos magnetostritivos quando um campo magnético alternado é aplicado, e o níquel tem o maior efeito magnetostritivo.

Os transdutores magnetostritivos comumente usados ​​são feitos de folhas de níquel com espessura de 0,1 ～ 0,4 mm. Medidas de isolamento são tomadas entre as folhas para reduzir a perda de corrente parasita. Suas formas são retangulares, em forma de janela e assim por diante.