초음파 트랜스듀서 FAQ

초음파 트랜스듀서 FAQ

 

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정밀 음향은 어떤 주파수 범위에서 초음파 변환기를 만드나요?

정밀 음향은 다양한 재료를 사용하여 주파수 범위 0.2MHz에서 50MHz에 걸쳐 변환기를 제조합니다.

• PVDF 트랜스듀서는 3 MHz에서 50 MHz 범위에서 사용할 수 있습니다.
• 압전 세라믹 트랜스듀서는 0.5 MHz - 12 MHz 범위에서 사용할 수 있습니다.
• 1-3 압전 복합 트랜스듀서는 0.2 MHz에서 1 MHz 범위에서 사용할 수 있습니다.

변환기의 특성을 어떻게 지정합니까?

이 질문에 답하려면 변환기가 생성하려는 신호 유형을 고려하는 것이 중요합니다.

공진 및 댐핑

모든 압전 트랜스듀서는 공진 장치입니다. 공진 장치의 성능은 아래 그래프에서 볼 수 있듯이 얼마나 많은 댐핑이 적용되는지에 따라 크게 영향을받습니다. 다음 설명은 매우 낮은 댐핑과 매우 높은 댐핑의 두 가지 극한 조건을 고려합니다. 그러나 정밀 음향학은 이 두 한계 사이의 어느 곳에서나 댐핑이 있는 트랜스듀서를 생산할 수도 있습니다.

감쇠되지 않은(또는 공진) 변환기는 공진 주파수에 매우 가까운 큰 출력을 생성하지만 응답의 진폭은 중심 주파수에서 크게 감소합니다. 대조적으로 고감쇠 트랜스듀서는 훨씬 낮은 출력을 생성하지만 중심 주파수의 양쪽 주파수 범위에서 구동할 수 있습니다.

이 동작을 백분율 대역폭(대역폭과 중심 주파수의 비율)으로 설명하는 것이 일반적입니다. 감쇠되지 않은 변환기는 대역폭 백분율이 낮지 만 공진시 최대 출력은 높습니다. 반대로 감쇠 변환기는 높은 백분율 대역폭을 갖지만 최대 출력은 더 낮습니다.

댐핑이 트랜스듀서에 의해 생성된 시간 도메인 파형에 미치는 영향을 이해하는 것도 중요합니다. 감쇠 변환기는 유사한 공진 변환기보다 음향 출력이 적지 만 펄스 지속 시간은 상대적으로 짧습니다. 대조적으로, 감쇠되지 않은 변환기는 훨씬 더 큰 출력을 생성하지만 공진 장치이기 때문에 펄스는 여러 사이클 동안 울립니다. 댐핑과 공진 사이의 이러한 관계는 광범위한 주파수에서 높은 전력 출력을 생성할 수 없음을 의미합니다.

공진 및 비감쇠 트랜스듀서의 특성 요약은 아래 표에서 찾을 수 있습니다.

	반향하는	감쇠
백분율 대역폭	낮다	높다
중심 주파수에서의 진폭	높다	보통
중심 주파수에서 떨어진 진폭	낮다	중간/낮음
시간 영역 임펄스 응답	>8 사이클	2-3 사이클
일반적인 드라이브 신호	연속 웨이브 또는 톤버스트	스윕 사인파(짹짹) 또는 펄스
일반적인 응용 프로그램	물리 치료, HIFU, 초음파 가열, 초음파 세척	펄스/에코, NDT, 진단 영상, 비행 시간 측정

피에조 세라믹 및 피에조 폴리머

피에조 세라믹 재료는 우수한 전기적 대 기계적 변환 기능을 갖지만 내부 댐핑이 상대적으로 낮은 것이 특징입니다. 따라서 공진 트랜스듀서를 생산하는 데 매우 적합하지만 광대역 트랜스듀서를 생산하려면 크게 감쇠해야 합니다. 전형적인 심하게 감쇠 된 압전 세라믹 변환기는 아마도 4-5 사이클 길이의 펄스를 가질 것입니다. 우수한 송신 변환기와 송신/수신 장치에 대한 합리적인 선택

거의 모든 압전 세라믹 트랜스듀서에는 피에조 세라믹(일반적으로 30MRayls 초과)의 고특성 음향 임피던스를 물에 의해 표시되는 1.5MRayls 부하에 효과적으로 결합하기 위해 일체형 쿼터파 매칭 레이어가 제공됩니다. 대부분의 정밀 음향 압전 세라믹 변환기에는 통합 전기 임피던스 매칭 네트워크가 포함되어 있습니다. 이것은 변환기가 제공하는 복잡한 임피던스를 50 Ω에 훨씬 가까운 것으로 변환합니다. 이는 일반적인 50 Ω 출력 임피던스 함수 발생기 및 증폭기에서 트랜스듀서로 최적의 전력 전송을 보장합니다.

초고주파 장치는 결정이 매우 얇아지고 손상되기 쉽기 때문에 압전 세라믹으로 생산하기가 어렵습니다. 정밀 음향학은 일반적으로 중심 주파수가 10MHz 이하인 압전 세라믹 장치만 생산합니다. 피에조 세라믹은 또한 85W를 초과하는 음향 출력을 가진 고 공진 트랜스 듀서를 생산하기 위해 사내에서 사용되었습니다.

압전 폴리머 재료 (예 : PVdF)는 우수한 기계적 대 전기 변환 기능을 갖지만 상대적으로 높은 내부 댐핑을 특징으로합니다. 따라서 매우 짧은 펄스, 광대역 변환기 및 2-3 사이클의 임펄스 응답이 가능합니다. 그러나 내부 댐핑은 유사한 압전 세라믹 장치보다 훨씬 높은 전압 레벨로 구동되어야 함을 의미합니다. 우수한 수신 변환기와 송수신 장치에 대한 합리적인 선택입니다(특히 우수한 축 분해능이 필요한 경우).

PVdF의 음향 임피던스는 압전 세라믹보다 물에 훨씬 더 가깝기 때문에 PVdF 기반 트랜스듀서에는 음향 정합층이 필요하지 않습니다. PVdF 변환기가 제공하는 전기 임피던스의 특성으로 인해 50 Ω로 효과적으로 변환하기가 어렵습니다. 임피던스는 제한된 주파수 범위에서 일치 될 수 있지만 이러한 유형의 장치의 광대역 동작이 손상됩니다. 따라서 대부분의 정밀 음향 압전 폴리머 변환기는 간단한 유도 매칭 (변환기의 리액턴스의 대부분을 취소하기 위해)과 함께 제공되지만 50 Ω에는 일치하지 않습니다.

PVdF 필름은 실제로 매우 얇을 수 있으므로 고주파 변환기를 생산하는 데 사용할 수 있습니다. 소형 압전 폴리머 트랜스듀서(직경 1mm)는 중심 주파수가 35MHz를 초과하는 정밀 음향에서 생산되었습니다.