Датчики УЗ сканерів
Датчиком УЗ сканера (по-англійськи Probe) називають виносне пристрій, який служить для локації об'єкта УЗ коливаннями і прийому і перетворення в електричні імпульси відбитих звукових сигналів (луна). Датчик містить один або кілька п'єзоелементів та інші механічні та електричні компоненти, тип яких залежить від призначення датчика. Розглянемо пристрій найпростішого датчика, містить один пьезоелемент (рис. 1). Такий датчик називають ще монозондом.
В
Малюнок 1. Одновимірний ультразвуковий датчик
У металевому корпусі 1 розташований пьезоелемент 2, який зовні покритий согласующим шаром 3. З тильного боку пьезоелемента розташований демпфер 4 - шар пористої кераміки, призначений для гасіння звукових коливань, випромінюваних тому, і для отримання коротких УЗ імпульсів. Порушення і з'їм сигналу з ПЕП здійснюється через коаксіальний роз'єм, причому зовнішній електрод ПЕП з'єднаний з корпусом. Для зменшення зарядного струму ПЕП та формування зондуючого імпульсу в його ланцюг включають індуктивність 5 - дросель.
Щоб пьезопреобразователь працював на частоті власного механічного резонансу, його товщину вибирають рівній половині довжини хвилі виникають у ньому звукових коливань. Наприклад, для ЦТС-19 при частоті 3 МГц знайдемо
мм,
і значить товщина пьезоелемента дорівнюватиме 0,67 мм.
Зондування таким датчиком здійснюється шляхом безпосереднього контакту з поверхнею тіла. При цьому неминучі втрати потужності УЗ коливань через відображення. Для його зменшення і служить узгоджувальний шар. За його відсутності внаслідок великого відмінності хвильових імпедансів пьезоелектрика і м'яких тканин коефіцієнт відображення був би рівний 0,87, тобто лише 13% випромінюваної енергії проходило б у тканини. Для виключення відображень необхідно, щоб хвильової імпеданс узгоджувального шару Z дорівнював среднегеометрической величиною хвильових імпедансів Z П і Z Т пьезоелектрика і тканин:
. (1)
Наприклад, хвильової імпеданс Z З узгоджувального шару для пьезоелемента з ЦТС-19 буде дорівнює приблизно 3,7 Z води (з урахуванням того, що Z Т Z води ). Товщина узгоджувального шару береться рівній чверті довжини хвилі в м'яких тканинах, в даному випадку 0,25 мм.
Характеристика спрямованості датчика визначається розмірами його робочої поверхні - апертури. Її приблизний вигляд для дискового ПЕП зображений на рис. 1. Вона має так звану ближню зону (зону Френеля) довжиною L і дальню зону (Фраунгофера), в якій УЗ промінь розходиться з кутом. Ці параметри залежать від співвідношення діаметра ПЕП і довжини хвилі УЗ у тканинах і визначаються за формулами
, (2)
Наприклад, для D = 10 мм і = 0,5 мм маємо L = 50 мм і q В»3 про , тобто протяжність ближньої зони досить велика, а кут розбіжності - малий.
Датчик з такою характеристикою спрямованості забезпечує концентроване випромінювання і селективний прийом сигналів вздовж осі променя. Якщо ж D = 1 мм, то L = 0,5 мм і q В»40 про , тобто ближня зона практично відсутня, а кут розбіжності дуже великий.
УЗ промінь можна сфокусувати, якщо поверхня ПЕП виконати увігнутою. Фокусна відстань буде визначатися радіусом кривизни. Для фокусування застосовують також акустичні лінзи. Вони можуть бути увігнутими і опуклими. Якщо лінза опукла, то вона повинна бути виготовлена ​​з матеріалу, швидкість звуку в якому менше швидкості звуку в тканинах. Застосовують також електронно-керовану фокусування УЗ променя, яка буде розглянута нижче.
Різні способи відображення (візуалізації) УЗ луна-сигналів називаються ехограму. Найпростішою з них є А-ехограма. Вона виходить при локації об'єкта одномірним датчиком уздовж якого напрямку і являє собою деяку криву на екрані ЕПТ. Механізм отримання А-ехограми пояснює рис. 2. Датчик В«обстрілюєВ» об'єкт короткими імпульсами і електронного променя по екрану повинна бути в два рази менше швидкості звуку (при масштабі зображення 1: 1). Зроблене зауваження відноситься до аналогових УЗ приладів і не має істотного значення для цифрових.
приймає луна-сигнали, відбиті від кордонів органів і середовищ. Ці сигнали відображаються на екрані ЕПТ з допомогою тимчасової розгортки або у вигляді яркостних тегів. При цьому треба враховувати, що УЗ промінь в об'єкті проходить шлях в обидва кінці і витрачає на цей час t = 2Z/c, а електронний промінь проходить шлях в один кінець, і потім слід невидимий зворотний хід. Звідси випливає, що швидкість руху
Датчик
Об'єкт
Ехо
t
Малюнок 2. А - ехограма. /Td>
А-е...
