Прибор для измерения скорости кровотока
Дипломная работа - Медицина, физкультура, здравоохранение
Другие дипломы по предмету Медицина, физкультура, здравоохранение
?ьезоэлектрического преобразователя
Так как для данного прибора выбран пьезокерамический преобразователь, то необходимо выбрать материал пьезопластины.
Выбор пьзоматериала в прямых преобразователях зависит от решаемых ультразвуковых задач, поэтому наряду с обычным требованием (максимальность квадрата коэффициента электромеханической связи) необходимо учесть то, что в качестве акустической нагрузки выступает среда с малым характеристическим импедансом. А так как амплитуда принятого сигнала пропорциональна коэффициенту прозрачности границы пьезоэлемент - нагрузка, то предпочтение следует отдавать пьезоматериалам с малым характеристическим импедансом. Также предпочтение следует отдать пьезоматериалам с малой диэлектрической проницаемостью.
Таким образом, в качестве материала для пьезоэлемента можно использовать пьезокерамику ЦТС-19П. Этот материал имеет пониженное значение диэлектрической проницаемости при достаточно высоких значениях коэффициента электромеханической связи. Это приводит к высоким значениям коэффициента gij, характеризующего чувствительность к механическому напряжению. Этой величине пропорциональна чувствительность холостого хода приёмного преобразователя акустических сигналов. Необходимо отметить высокую температуру Кюри пьезокерамики ЦТС-19П, обеспечивающую широкий интервал рабочих температур, а также высокую временную стабильность. Таким образом, пьезокерамика ЦТС-19П является высокочувствительной, обладает большими пьезомодулями, высокой прочностью и стабильностью свойств, имеет относительно высокую точку Кюри.
При работе пластинчатых преобразователей, как в режиме излучения, так и режиме приема используются колебания плоской поверхности пластины, соприкасающейся со средой, в направлении своей нормали.
Пьезоэлектрическая пластинка с электродами на больших гранях, размеры которых велики по сравнению с ее толщиной, при приложении электрического напряжения будет совершать продольные колебания по толщине.
Пластинчатую систему, совершающую продольные колебания, расiитывают по формулам для полуволнового стержня.
4.3 Раiет основных параметров пьезоэлектрического преобразователя
4.3.1 Исходные данные для раiетов
Для раiета основных параметров пьезоэлектрического преобразователя приведем основные параметры пьезокерамики ЦТС-19:
скорость звука - 3120 м/с;
добротность Qк - 50;
толщинный коэффициент электромеханической связи Kt - 0,54;
пьезомодуль d33 - 1001012 Кл/Н;
упругий модуль Н/м2;
диэлектрическая проницаемость 1060;
тангенс угла диэлектрических потерь tg - 0,02;
плотность р - 6000 кг/м3.
Измерительный преобразователь будет работать на частоте 2МГц.
4.3.2 Раiет геометрических параметров преобразователя
Определим ширину характеристики направленности преобразователя на уровне 0,707 (ширина главного максимума).
В соответствии с ТЗ глубина проникновения ; поперечная разрешающая способность ; продольная разрешающая способность . Таким образом:
Найдем длину волны в пьезопластине:
Теперь можно найти размеры пластинчатого преобразователя (w и l):
м;
м.
Для излучения волн длиной 0,77 мм толщина пластины должна быть равна:
Зная геометрические размеры преобразователя, определим площадь излучающей поверхности:
Угол расхождения ультразвукового пучка в дальней зоне зависит от диаметра и длины волны и может быть определён из выражения:
;
? = 1.47.
Данный угол удовлетворяет нашему техническому заданию (ширина характеристики направленности при поперечном пьезоэффекте равна 1,528).
Найдем массу пьезопластины:
Для обеспечения продольной разрешающей способности необходимо изменять длительность зондирующего импульса. Так для обеспечения =1,5мм, длительность импульса должна быть:
с
Антирезонансная частота определяется из выражения:
,
где - коэффициент электромеханической связи пьезоэлектрической пластины при продольных колебаниях по толщине.
4.3.3 Раiет энергетических характеристик преобразователя
В соответствии с ГОСТ 26831-86 интенсивность ультразвуковых колебаний применяемых в диагностике не должна превышать 50мВ/см2.
При такой интенсивности излучения акустическая мощность излучателя будет равна:
Найдем коэффициент электромеханической трансформации (для поперечного пьезоэффекта):
Найдем эквивалентную массу:
Сопротивление излучения:
Добротность преобразователя:
Полоса пропускания:
Электрическое напряжение возбуждения, необходимое для получения заданной удельной акустической мощности при резонансе:
4.4 Описание конструкции ультразвукового датчика
Конструкция ультразвукового датчика приведена в приложении. В корпус преобразователя (1) помещается акустический резонатор, состоящий из пьезопластины, согласующих слоев и демпфера. Акустический резонатор прикрепляется в корпус преобразователя с помощью клея марки ПЭФ-2/10, склеивание происходит при комнатной температуре и давлении при склейке 10-20 кГ/см. Корпус преобразователя удерживается