Co to jest przetwornik ultradźwiękowy?

Przetwornik ultradźwiękowy to element elektryczny, który przekształca ultradźwiękowe fale dźwiękowe poza zasięgiem ludzkiego słuchu w sygnały elektryczne prądu przemiennego (AC) lub prądu stałego (DC), które są następnie przesyłane lub rejestrowane. Zazwyczaj takie urządzenia są zbudowane na kryształach, które wykazują efekt piezoelektryczny, które przewodzą prąd elektryczny w odpowiedzi na obciążenia mechaniczne lub wibracje. Kryształy mają bezpośrednio proporcjonalną moc wyjściową do siły wejściowej fali dźwiękowej lub naprężenia, co czyni je przydatnymi urządzeniami pomiarowymi jako przetwornik ultradźwiękowy.

Zastosowania elektroniki ultradźwiękowej oparte na przetwornikach obejmowały wykorzystanie we wczesnych pilotach telewizyjnych jako urządzeń sygnałowych, a od 2011 r. W anemometrach używanych przez stacje pogodowe do monitorowania kursu i prędkości wiatru. Są stosowane w aplikacjach przemysłowych do monitorowania poziomu płynu w zbiorniku, a także w nowoczesnych samochodach od 2011 r. W czujnikach echa do wskazywania obiektów znajdujących się w pobliżu ścieżki pojazdu cofającego się lub wjeżdżającego do garażu . Ponieważ przetwornik ultradźwiękowy może również pełnić rolę nadajnika ultradźwiękowego poprzez wejściową energię elektryczną, w wielu przypadkach oferują one możliwość zastosowania prymitywnego typu sonaru. Fale dźwiękowe mogą być odbijane od powierzchni, a odległość do tej powierzchni mierzona czasem i częstotliwością fali, która się odbija.

Urządzenia elektryczne, które przekształcają jedną formę energii w drugą, takie jak czujniki ultradźwiękowe, często mają szerokie zastosowanie w elektronice i przemyśle. Obecnie istnieje wiele różnorodnych zastosowań przetwornika ultradźwiękowego, w tym w kontrolach środowiskowych budynków, takich jak nawilżacze, w których odparowują powierzchnię wody, oraz w alarmach antywłamaniowych do wykrywania obiektów poruszających się w innym miejscu. Ultrasonografia opiera się również na zasadzie ultradźwiękowego przetwornika w medycynie, w którym fale dźwiękowe od 1 do 30 megaherców są wykorzystywane do zdalnego generowania obrazów stanu mięśni, narządów wewnętrznych i naczyń krwionośnych w ciele ludzkim, a także stanu płód podczas ciąży.

Od ery lat czterdziestych przetwornik ultradźwiękowy został włączony do sprzętu testującego do wykrywania wad w szeregu zastosowań związanych z sonarem. Można ich używać do znajdowania drobnych pęknięć, pustek lub porowatych przekrojów w betonach i fundamentach budynków, uszkodzonych lub pękniętych spawach metalowych i wad w innych materiałach, takich jak plastik, ceramika i kompozyty. Urządzenia są wszechstronne, ponieważ na emitowane przez nie fale dźwiękowe będzie miało wpływ dowolne medium, płynne, stałe lub gazowe. Jednak w detektorze stosowanym do pomiaru stanu gazu zwykle pomiędzy gazem a przetwornikiem ultradźwiękowym umieszcza się żel pośredni, ponieważ fale dźwiękowe są inaczej źle prowadzone i rejestrowane w ośrodku gazowym.

Pole wykrywania wad dla technologii ultradźwiękowej jest podzielone na pięć różnych typów przetworników: kontakt, wiązka kątowa, linia opóźniająca, zanurzenie i przetworniki dwuelementowe. Przetworniki kontaktowe muszą mieć bliski kontakt z tym, co mierzą, np. Wykrywacz kołków w branży budowlanej używany do wykrywania drewnianych belek za ścianami. Przetwornik zanurzeniowy jest wodoodporny i umieszczony w strumieniu płynu. Zarówno wiązka kątowa, jak i linia opóźniająca przetwornika ultradźwiękowego są używane do pomiaru spoin oraz w warunkach wysokich temperatur. Dwuelementowy przetwornik jest jednocześnie nadajnikiem i odbiornikiem do ciągłego monitorowania chropowatych lub potencjalnie wadliwych powierzchni.