CN209623856U - 一种高强度聚焦超声测量传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高强度聚焦超声测量传感器。本实用新型包括传感器外壳、探针、传感器测量组件。所述传感器外壳由两块固定尼龙圆板、聚酰亚胺薄膜、吸声圆环、吸声圆板、螺丝和螺栓构成；所述固定尼龙圆板用于一前一后夹住中间的吸声圆环，所述聚酰亚胺薄膜是因为前尼龙圆板有通孔，薄膜起到通过声波和隔绝里外环境的作用；所述探针为定制探针，尖端为半球面，安装在吸声圆板的正中心；所述传感器测量组件由PVDF压电薄膜和导线组成，在吸声圆环内侧涂上一圈一定宽度的PVDF，使电信号经导线传出。本实用新型大大提高了传感器工作的稳定性，减小了外界环境带来的影响，避免了因为测量聚焦超声声场时，能量集中过大而导致传感器的损坏。
Description
技术领域
本实用新型主要涉及传感器技术领域，特别涉及一种高强度聚焦超声测量传感器。
背景技术
近年来，声学在各行各业的应用日益增加，尤其是在制造业，以及医疗行业，超声波技术被应用的更为广泛。特别是较为成熟的HIFU技术，其利用高强度聚焦超声使焦域处的组织瞬间凝固性坏死，焦域以外组织无显著损伤，凝固坏死组织可逐渐被吸收或瘢痕化，从而达到治疗的效果。可见高强度聚焦超声具有医疗价值，因此研究测量聚焦超声声场就具有重要意义。
目前传统的聚焦超声声场的测量装置有辐射力天平、水听器、光纤传感器。辐射力天平在液体中测量声辐射压力，进而确定声功率，该仪器操作简便，但是当声功率过大，水中会有空化泡群，该干扰使得辐射力天平测量声功率不稳定，即环境要求很高。水听器是利用把水下声压信号转换为电信号的换能器。用于做水听器的材料有压电陶瓷和PVDF，当声功率超出一定范围，压电陶瓷容易被打碎，PVDF虽然质地相对柔软，更加稳定，但是针型的PVDF依旧容易在高强度聚焦声场中损坏。应用光纤传感器测量声场主要是端面法、光纤光栅、声光衍射，光纤虽然体积小，空间分辨率高，但是有一定的测量要求和局限性。
由于高强度聚焦超声声场的能量非常高，至今没有一种完全理想的装置全面检测高强度聚焦超声声场，现在主要是辐射力天平和水听器这两种装置应用于高强度聚焦超声声场的测量。
高强度聚焦超声声场声压一般超过20MPa,负压有可能超过-10MPa，同时伴随空化等现象，当声压超过空化阈值时，空化气泡的爆破会产生极高压力，会对装置产生损坏，也会造成经济损失，实验失败。因此如何在测量高强度聚焦超声的过程中，能够寻找到一种测量传感器，一方面可以避免实验装置的损坏，另一方面又能够使测量误差能在合理接受范围内，是值得引起人们的重视和研究。
发明内容
为解决上述背景中提出的问题，本实用新型提供一种高强度聚焦超声测量传感器，具有实用简便、可靠性高、成本低等优点。
为了能避免在高强度聚焦超声测量时装置的损坏，本实用新型提供如下技术方案来实现：
本实用新型包括传感器外壳、探针、传感器测量组件。所述传感器外壳由两块固定尼龙圆板、聚酰亚胺薄膜、吸声圆环、吸声圆板、螺丝和螺栓构成；所述固定尼龙圆板用于一前一后夹住中间的吸声圆环，所述聚酰亚胺薄膜是因为前尼龙圆板有通孔，薄膜起到通过声波和隔绝里外环境的作用；所述探针为定制探针，尖端为半球面，安装在吸声圆板的正中心；所述传感器测量组件由PVDF压电薄膜和导线组成，在吸声圆环内侧涂上一圈一定宽度的PVDF，使电信号经导线传出。
进一步说，所述的前后尼龙圆板用螺丝和螺栓固定。
进一步说，所述的吸声圆环和吸声圆板保持光环。
背景技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型采用的是间接测量，在超声传播过程中能量集中于聚焦区域，运用刚性探针的散射实现间接测量，能够规避因为能量过大直接造成PVDF的损坏。相比于直接测量法，比如水听器检测法，可以有效的避免装置的损坏，减少其经济的损失。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为测量使用过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，一种高强度聚焦超声测量传感器，包括固定尼龙圆板1（中心有个通孔）、聚酰亚胺薄膜2、PVDF压电薄膜3（环状）、导线4、吸声材料5（环状）、探针6（尖端为半球面）、除气水7、吸声材料8（圆板）、固定尼龙圆板9（无通孔）、螺栓10、螺丝11。所述中心有通孔的固定尼龙圆板1后侧贴上一层聚酰亚胺薄膜2，所述PVDF压电薄膜是在吸声圆环5内侧涂上一定宽度的一层薄膜，所述探针插在吸声圆板8正中间，所述吸声圆板8吸附在固定尼龙圆板9上，所述吸声圆环5夹在固定尼龙圆板1和固定尼龙圆板9之间，两个圆板用螺栓10和螺丝11固定住，所述导线4是在吸声圆环5上打了一个小孔，从内侧PVDF压电薄膜3连接出来。
如图2所示：声波在聚焦处可以认为是平行波，声波在探针的半球面尖端发生散射，向外辐射散射波，PVDF压电薄膜接收散射声波。
该高强度聚焦超声测量传感器的工作原理如下：
高强度聚焦超声测量传感器前端是有通孔的固定尼龙圆板，通孔需要让聚焦声束通过，然后在该固定尼龙圆板后面加上一层聚酰亚胺薄膜，因为聚酰亚胺薄膜透声性能良好，使得大部分声波能够穿过通孔经过聚酰亚胺薄膜进入内部，聚酰亚胺薄膜还起到隔绝外界和高强度聚焦超声测量传感器内部的水接触，内部为除气水；声波在进入传感器后，在探针尖端发生散射，PVDF压电薄膜圆环会接收到来自探针的散射，然后将声信号转化来的电信号通过导线传出。
利用本实用新型测量时，聚焦超声换能器发射超声声束穿过高强度聚焦超声测量传感器的通孔，在内部除气水中汇聚于聚焦区域，经过探针半球面端面后，超声声束会发生散射，然后直达PVDF压电薄膜圆环，部分的散射波也会被吸声材料吸收；根据压电效应，PVDF压电薄膜圆环会在散射波的作用下产生电荷，PVDF压电薄膜圆环产生的电压会通过导线传出，作为散射声压测量的依据；当PVDF压电薄膜圆环位置发生变化或者声波频率改变，检测到的散射声压都会相应发生变化。因此根据上一步中检测到的声压信号，利用反演算法，可以推算出被测焦域的声场声压。
与现有的技术相比，本实用新型大大提高了传感器工作的稳定性，减少了外部环境带来的测量误差，避免了因为能量集中过大而导致传感器的损坏。
Claims (7)
1.一种高强度聚焦超声测量传感器，其包括传感器外壳、探针、传感器测量组件，其特征在于：所述传感器外壳由两块固定尼龙圆板、聚酰亚胺薄膜、吸声圆环、吸声圆板、螺丝和螺栓构成；固定尼龙圆板用于一前一后夹住中间的吸声圆环；聚酰亚胺薄膜是因为前固定尼龙圆板有通孔，薄膜起到通过声波和隔绝里外环境的作用；所述探针为定制探针，尖端为半球面，安装在吸声圆板的正中心；所述传感器测量组件由PVDF压电薄膜和导线组成，在吸声圆环内侧涂上一圈一定宽度的PVDF，使电信号经导线传出。
2.根据权利要求1所述的一种高强度聚焦超声测量传感器，其特征在于：所述聚酰亚胺薄膜是贴在有通孔的前固定尼龙圆板的后侧。
3.根据权利要求1所述的一种高强度聚焦超声测量传感器，其特征在于：所述PVDF压电薄膜是在吸声圆环内侧涂上一定宽度的一层薄膜。
4.根据权利要求1所述的一种高强度聚焦超声测量传感器，其特征在于：所述探针插在吸声圆板正中间。
5.根据权利要求1所述的一种高强度聚焦超声测量传感器，其特征在于：所述吸声圆板吸附在固定尼龙圆板上。
6.根据权利要求1所述的一种高强度聚焦超声测量传感器，其特征在于：所述吸声圆环夹在两块固定尼龙圆板之间，两个圆板用螺栓和螺丝固定住。
7.根据权利要求1所述的一种高强度聚焦超声测量传感器，其特征在于：所述导线是在吸声圆环上打一个小孔，从内侧PVDF压电薄膜连接出来。
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