Comment fonctionnent les transducteurs à ultrasons

Les transducteurs à ultrasons sont utilisés dans de nombreuses applications industrielles et médicales. Lisez la suite pour connaître leurs parties principales et leur fonctionnement.

Transducteur

Les transducteurs sont des instruments spéciaux capables de transformer un type d’énergie en un autre. Un transducteur est un composant essentiel de l’échographie ou de l’imagerie par ultrasons. En sonographie, la caméra est un transducteur. Lorsqu’une charge électrique est appliquée à la caméra, celle-ci convertit cette énergie en vibrations. C’est ce qu’on appelle l’effet piézoélectrique. Les vibrations sont sous la forme d’ondes sonores. La caméra est faite de divers composants. Chacune de ces composantes joue un rôle dans la production d’ondes sonores, leur transmission dans le corps et la réception des échos provenant du corps.

Cristaux Piézoélectriques

Les principaux composants de l’appareil photo sont des cristaux piézoélectriques . Les cristaux dans un transducteur à ultrasons sont généralement des cristaux synthétiques en PZT (titanate de zirconate de plomb). Les cristaux produisent des vibrations lorsqu’une tension leur est appliquée. La fréquence de vibration dépend de la quantité de tension appliquée aux cristaux et la fréquence des ondes sonores dépend de la fréquence de vibration.

Concentrer

Le cristal utilisé dans un transducteur à ultrasons a une forme similaire à une lentille circulaire. Un faisceau sonore est projeté depuis le cristal. Au début, le diamètre du faisceau sonore est identique à celui du cristal. Lorsque le diamètre du faisceau est réduit à la moitié de son diamètre d’origine, la mise au point est atteinte. Le diamètre augmente à nouveau après la mise au point. Pour pouvoir générer une image bidimensionnelle, un transducteur à ultrasons utilise de nombreux cristaux piézoélectriques.

Réglages

Il est important de régler les paramètres sur une machine à ultrasons . En effet, la focalisation naturelle du faisceau ne suffit pas pour obtenir une image précise de certaines parties. La mise au point requise dépend de la distance entre le transducteur et la pièce. Pour améliorer la mise au point, des instruments tels que des miroirs et des lentilles sont utilisés. Le sonographe ajuste les paramètres de l’appareil à ultrasons pour contrôler la mise au point électronique. Lorsque la focalisation est modifiée, le transducteur à ultrasons applique une tension à différents temps à différents cristaux. Voici comment la focalisation du faisceau est modifiée.

Impédance acoustique

Acoustic impedance is caused by the sound wave’s velocity and the material’s density. The sound wave’s velocity depends on the type of material it passes through. It is hard to have a sonogram reading when materials do not have the same acoustic impedance. That is because the sound will be reflected back to the instrument. The amounts of sound that will be reflected and will be transmitted through the body depend on the difference in the materials’ acoustic impedances. Air and crystal have very different acoustic impedances. Therefore, no ultrasound will be transmitted beyond the ultrasonic transducer’s surface.

Matching Layer

Matching layers are used to make the acoustic impedance between the body and the piezoelectric crystal as little as possible. A couple of these layers are put in the middle of the transducer and the crystal. The acoustic impedances of the first layer and the crystal are almost the same. The last layer’s acoustic impedance is almost the same as the skin’s acoustic impedance. More sound is transmitted into the body because of this strategy.

Ultrasonic Gel

Air is not a good conductor of sound. And so, ultrasonic gel is used to eliminate the air between the skin and the transducer. The gel is put on the skin. With the help of ultrasonic gel, the sound waves are easily transmitted into the body.

Ultrasonic Imaging

Une image ultrasonore est produite à l’aide de transducteurs ultrasonores et d’ondes sonores ultrasonores. Lorsque les ondes sonores frappent les tissus, elles sont réfléchies. Cela s’appelle écho. Les ondes sonores remontent à leur lieu d’origine. Ils repassent à travers le gel, les couches et le cristal. Une fois que les ondes atteignent le cristal, elles sont converties en énergie potentielle électrique (tension). L’énergie électrique potentielle est ensuite traitée et convertie en une image ultrasonore par les autres composants de la machine à ultrasons.

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