gemeinsame Methode von HIFU für Schallfeldtests

Die Strahlungsmethode ist eine gut etablierte Messmethode, die sich auf die Messung der Ebene konzentriertpiezoelektrische Keramikscherplattenin einer Flüssigkeit. 1987 leitete BEISSNER die Berechnungsformel der Strahlungskraft auf das vollständig absorbierte Ziel im fokussierten Ultraschallschallfeld unter der Annahme ab Der Winkel 30 ° ist weniger als 0. 8%. 1998 wendete er die geometrische akustische Methode an, um die allgemeine Formel der Strahlungskraft des fokussierten Ultraschalls am Testziel abzuleiten, die Strahlungskraft auf das Gesamtreflexionsziel und das Gesamtabsorptionsziel zu erörtern, und führte das Experiment durch Die durch die Ultraschallleistungsmessung von 1,6 MHz und die Kalorimetriemethode gemessene Schallkraft betrug nicht mehr als 3%. Im Jahr 2005 verwendete Shaw vom nationalen physischen Labor des Vereinigten Königreichs Rayleigh -Integrale und -versuche, um die Gültigkeit der allgemeinen Formel zu überprüfen. Die Ergebnisse waren ziemlich konsistent. Im Jahr 2003 maß er die Anode-Leistungsverstärkerspannung des HIFU-Wandlerantriebsschaltung unter Verwendung des Strahlungs-Wassersäulenmethode (Wasser, das den akustischen Strahlungsdruck oder die akustische Energiedichte des Messpunkts misst, indem die Höhe der flüssigen Säule in der Flüssigsäule gemessen wurde. dünner Rohr).

Die Schallfeldintensität bei 200 V bis 2600 V zeigt, dass die Wassersäulenmethode den Schallfeldmessbereich auf 2000 W / cm 2 erhöhen kann. Wenn die Spannung jedoch auf ein bestimmtes Niveau (2600 V) steigt, ist die Schallkraft zu groß und erhebliche Kavitation tritt im Wasser auf. Die Blasengruppe beeinträchtigt das Schallfeld, wodurch die Messschallleistung erheblich instabil ist und einen Sättigungstrend zeigt. In den Jahren 2004 und 2005 verabschiedete China den nationalen Standard der \"akustischen, hochintensitätsfokussierten Ultraschall-Klangkraft- und Schallfeldeigenschaften Messung\" und das \"hochintensive Ultraschall- (H IFU) -Behandlungssystem\" Branchenstandards \", die sich konzentrieren auf Ultraschalleigenschaften und Ultraschall. Die Grundidee und Methode der Leistungsmessung besteht darin, die Position des Schalldruckfokus durch die dreidimensionale Scanmethode des Hydrophons zu ermitteln, das fokussierte Schallfeld zu scannen und zu messen, die geometrischen Parameter des Schwerpunkts zu berechnen und dannpiezoelektrische Keramikplatten WandlerinMessen Sie den Schalldruck direkt bei der Fokussierung mit voller Leistung. Hydrophone und Strahlungsmethoden werden für den Standard empfohlen.

2 Hydrophonerkennung

Ein Hydrophon ist ein Wandler, der ein Unterwasserschalldrucksignal in ein elektrisches Signal umwandelt. Wenn sich der Druck (akustische Störung) auf das piezoelektrische Material ändert, ändert sich die Ladungsverteilung innerhalb des piezoelektrischen Materials proportional und spiegelt sich in Form eines Spannungssignals wider, sodass er durch die Elektrode auf der Oberfläche des piezoelektrischen Keramikelements extrahiert werden kann. Diese Ladungen werden durch einen Spannungsverstärker oder einen Ladungsverstärker verstärkt, und die Signalverarbeitung zeigt ein Bild, das die Wellenform der Schallwelle widerspiegelt. Somit wird die Schalldruckmessung im Ultraschallschallfeld sehr einfach abgeschlossen. Traditionelle Materialien, die für die Erkennung von Ultraschallschallfeld verwendet werden, sind piezoelektrische Keramik und PVDF (Polyvinylidenfluorid).

Piezoelektrische Keramik hat eine hohe Härte und Empfindlichkeit und kann einem bestimmten Schalldruckbereich im HIFU -Feld bei niedriger Leistung standhalten, aber die Schallintensität, wenn sie erhöht wird, ist die piezoelektrische Keramik leicht gebrochen, der lineare Dynamikbereich ist klein und die akustische Impedanz ist hoch, so dass das Hydrophon eine gewisse Störung des gemessenen Schallfeldes hat. Die akustische PVDF -Impedanz liegt nahe an der akustischen Impedanz von Wasser und weist eine gute akustische Impedanz mit Wasser, weicher Textur, einfacher Verarbeitung, stabilen chemischen Eigenschaften, breiter Frequenzgang und hervorragender Linearität auf. Der Dynamikbereich ist größer als der von piezoelektrischen Keramikhydrophonen. Daher wird PVDF derzeit allgemein zur Messung verwendet. Es kann den ungleichmäßigen Frequenzgang verbessern, der durch piezoelektrische Keramik erzeugt wird, und die Störung des gemessenen Schallfeldes verringern, solange der Film dünn genug ist. PVDF ist sowohl in Film- als auch in Nadeltypen erhältlich. Der Durchmesser des Filmtyps beträgt größer als 5 cm, während der Durchmesser der Nadel weniger als 1 mm beträgt, was im HIFU -Schallfeld leicht beschädigt ist.

Die Größe des HIFU -Fokusbereichs beträgt ca. 1 mm × 2,1 mm × 3,2 mm. Daher hat PVDF den Nachteil der geringen räumlichen Auflösung und es hat einen Kanteneffekt, und das Volumen kann nicht sehr klein gemacht werden. Temperaturbegrenzung, Depolarisation tritt auf, wenn die Temperatur 60 ° C erreicht, die Wiederverwendungsrate niedrig ist und die Hydrophonmessung eine mechanische Methode für das Point-by-Punkt-Scannen erfordert, auch wenn das Scannen von 10 × 10 cm Ebene auch am schnellsten ist, das auch am schnellsten ist. dauert ein paar Stunden, sodass es ein paar einfache Linien verwendet, um zu beschreiben, dass die Schallfeldverteilung unvermeidlich wird. Im Jahr 2002 verwendet er hochfrequente piezoelektrische Keramik-Hohlkugeln als Hydrophone und hat einzigartige Vorteile in Bezug auf Geometrie, Größe und Empfindlichkeit. Der Durchmesser des Balls beträgt 0,7 bis 1 mm, die Resonanzfrequenz beträgt 1,8 bis 2,7 MHz, die Empfindlichkeit doppelt soUltraschallwandler Piezoceramic Plateund der Druck ist Nadelhydrophon. Das Gerät gilt als idealer Sensor für die Messung von Schallfeldern mit hoher Intensität.

Im Jahr 2004 wird über eine neue Art von Membran -Warmwasserbereiter für die Messung des Schallfeldfelds HIFU berichtet, was darauf hinweist, dass der Sensor bei der HIFU Die Messung des Empfängers, die Komponenten sind langlebig und haben einen geringen Einfluss auf die Temperatur. Im Jahr 2006 entwarfen Zanelli und Howard ein Hydrophon, das kavitierende Schäden effektiv vermeidet. Die piezoelektrische Keramik wird in einen Metallschild platziert, um eine glatte äußere Oberfläche bereitzustellen, die die Möglichkeit des Kavitationskerns auf der Oberfläche minimiert. Klein, im entgastten entionisierten Wasser, die Schallfeldmessung des Wandlers mit einer Frequenz von 1,50 MHz, einem Durchmesser von 100 mm und einer Brennweite von 150 mm hat gute Ergebnisse erzielt. Der lineare dynamische Bereich der piezoelektrischen Keramik ist jedoch unzureichend und beeinflusst die Obergrenze für die Verwendung bei HIFU -Messungen.