- •1.7.2 Класифікація датчиків за характером випромінюваного ультразвуку
- •1.1 Необхідність вимірювання швидкості і напряму кровотоку
- •1.2 Сутність ефекту Доплера
- •1.3 Доплерівські методи і апарати, засновані на них
- •1.3.1 Основні етапи розвитку доплерівських методів
- •1.3.2 Основні принципи побудови доплерівськой апаратури
- •1.3.3 Електроакустичні принципи побудови доплерівських приладів
- •1.4 Обмеження доплерівського методу
- •1.5 Доплерівські системи з двомірною візуалізацією
- •1.5.1 Дуплексні системи
- •1.5.2 Системи з колірним картуванням потоків
- •1.6. Порівняльний аналіз основних режимів отримання доплерівської інформації
- •1.7 Види ультразвукових датчиків для проведення доплерографії
- •1.7.1 Класифікація датчиків за конструктивними параметрами
- •1.7.2 Класифікація датчиків за характером випромінюваного ультразвуку
- •3.1 Опис роботи приладу на підставі електричної принципової схеми
- •3.2 Розрахунок основних параметрів схеми
- •3.3 Розрахунок надійності електричної схеми
- •4.1 Вимоги до конструкції ультразвукового датчика
- •4.2 Вибір матеріалу для п'єзоелектричного перетворювача
- •4.3 Розрахунок основних параметрів п'єзоелектричного перетворювача
- •4.3.1 Вихідні дані для розрахунків
- •4.3.2 Розрахунок геометричних параметрів перетворювача
- •4.3.3 Розрахунок енергетичних характеристик перетворювача
- •4.4 Технологія виготовлення п'єзоелектричного перетворювача
- •4.4.1 Спаювання п’єзокерамічного елемента
- •4.4.2 Склеювання п'єзокерамічного елемента
- •4.5 Технологія складання ультразвукового датчика
- •Розділ 5. Економічна частина
- •5.1. Обґрунтування доцільності розробки нової техніки
- •5.2. Визначення показників економічного обґрунтування проектованого приладу
- •5.3. Собівартість проектованого пристрою
- •5.4. Відпускна ціна і економічна ефективність проектованого приладу
- •Розділ 6. Безпека і екологічність проекту
- •6.1. Безпека при роботі з приладами, що використовують ультразвук
- •6.2. Системний аналіз надійності та безпеки ультразвукового приладу
- •6.3. Розробка заходів задля підвищення надійності та безпеки приладу для ультразвукових досліджень
- •6.4. Пожежобезпечність при виробництві та експлуатації ультразвукового приладу
- •6.5. Захист навколишнього природного середовища на етапі виробництва та експлуатації ультразвукового приладу
4.1 Вимоги до конструкції ультразвукового датчика
Згідно з аналізом технічного завдання датчик призначений для генерування ультразвукових коливань і прийому відбитих ехо-сигналів від досліджуваних об'єктів. Генерація ультразвукових коливань і прийому ехо-сигналів в датчику буде здійснюватися електроакустичним перетворювачем. Завдяки своїм перевагам (велика ефективність, можливість виготовлення елементів будь-якої форми і збудження різних видів коливань, широкий частотний діапазон) найчастіше на практиці застосовують п'єзоелектричні перетворювачі.
У нашому випадку буде використовуватися сумісний п'єзоелектричний перетворювач: генерація ультразвукових коливань і прийому ехо-сигналів в датчику здійснюється однією і тією ж пластиною. П'єзопластина працює на п'єзоелектричному ефекті, який полягає в тому, що під дією механічних напруг на поверхні пластини з'являються електричні заряди, величина яких прямо пропорційно залежить від величини деформації пластини.
Для забезпечення можливості сканування в певному секторі в датчику використовується механізм механічного секторного сканування, в який входять електромотор і механізм перетворення обертального руху в обернено-поступальний, що з'єднується з конструкцією перетворювача. У датчику використовується датчик визначення положення перетворювача, який визначає координати положення перетворювача в залежності від його кута нахилу.
Область простору, в якому коливається п'єзоелемент, повинна бути заповнена звукопрозорою рідиною, в якій швидкість поширення ультразвукової хвилі схожа до швидкості поширення в м'яких тканинах, для зменшення втрати енергії ультразвуку при випромінюванні в середовище. Для захисту від пошкоджень рухомого п’езоелемента, до корпусу повинен прикріплюватися захисний ковпачок, зроблений з міцного звукопроникливого матеріалу.
Для безпеки використання корпус датчика повинен бути виготовлений з пластмаси. Так само матеріал корпусу повинен бути досить міцним для захисту внутрішніх елементів при ударах.
Для електромагнітної сумісності датчик необхідно екранувати, для цього внутрішню сторону корпусу необхідно металізувати і виключити можливість з'єднання корпусу з електродом п'єзопластини.
Також повинні бути дотримані загальні вимоги, пропоновані до матеріалів для виготовлення медичних приладів:
1) біологічна сумісність матеріалу і середовища, в якому він повинен функціонувати (відсутність токсичних реакцій, алергії);
2) стабільність функціональних властивостей матеріалу;
3) можливість стерилізаційної обробки з метою дотримання правил санітарії без зміни властивостей і форми матеріалу або виробу.
4.2 Вибір матеріалу для п'єзоелектричного перетворювача
Так як для цього приладу обрано п'єзокерамічний перетворювач, то необхідно вибрати матеріал п'єзопластини.
Вибір п'єзоматеріалу в прямих перетворювачах залежить від розв'язуваних ультразвукових завдань, тому поряд із звичайною вимогою (максимальність квадрата коефіцієнта електромеханічного зв'язку) необхідно врахувати те, що в якості акустичного навантаження виступає середовище з низтким характерним імпедансом. А так як амплітуда прийнятого сигналу пропорційна коефіцієнту прозорості кордону п'єзоелемент - навантаження, то перевагу слід віддавати п'єзоматеріалам із малим характерним імпедансом. Також перевагу слід віддати п'єзоматеріалам із малою діелектричною проникністю.
Таким чином, в якості матеріалу для п'єзоелемента можна використовувати п'єзокераміку ЦТС-19П. Цей матеріал має знижене значення діелектричної проникності при досить високих значеннях коефіцієнта електромеханічного зв'язку. Це призводить до високих значень коефіцієнта gij, що характеризує чутливість до механічної напруги.
Цій величині пропорційна чутливість холостого ходу приймального перетворювача акустичних сигналів. Необхідно відзначити високу температуру Кюрі п'єзокераміки ЦТС-19П, що забезпечує широкий інтервал робочих температур, а також високу тимчасову стабільність. Таким чином, п'єзокераміка ЦТС-19П є високочутливої, має великий п'єзомодуль, високі показники міцності і стабільністю властивостей, має відносно високу точку Кюрі.
При роботі пластинчастих перетворювачів, як в режимі випромінювання, так і режимі прийому використовуються коливання плоскої поверхні пластини, дотичної з середовищем, в напрямку своєї нормалі.
За електричної напруги п'єзоелектрична пластинка з електродами на великих гранях, розміри яких більші в порівнянні з їх товщиною, буде здійснювати поздовжні коливання по товщині.
Пластинчасту систему, що здійснювала поздовжні коливання, розраховують за формулами для півхвильового стрижня.