Ультразвуковой датчик для биологических исследований Советский патент 1984 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к ультразвуковой технике, применяемой в медицине и биоло1ии, и может быть использовано при исследовании и контроле свойств биологических жидкостей и мягких тканей оргат}зма. Известен ультразвуковой датчик для биоло гических исследований, содержащий yrjiOMqj с основанием в виде призмы, установленный на ней пьезопреобразоватепь и рефлектор, ус тановленный на подвижной части угломера с возможностью осевого перемещения (1. Известному датчику присущи недостаточно цшрокие область применения и функциональные возможности, так как он не нозволяет проводить исследования при одностороннем д ступе к ткани и определение ее плотности. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ультразвуковой датчик для биолагических исследований, содержащий призму с двумя параллельными rpaiWMH и установленные на ней два пьезопреобразователя с одинаковой рабочей частотой. Кроме того, датчик содержит угломер, нованием которого является призма, и реф лектор, установленный на подвижной части угломера с возможностью осевого перемещения 2. Этому датчику присущи также недостаточно широкая область применения, вызванная необходимостью двустороннего доступа к исследуемой биологической ткани. Целью изобретения является расширение области применения ультразвукового датчика для биологических исследований. Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковом датчике для биологических исследований, содержащем призму с двумя параллельными гранями и установленные на ней два пьезолреобразователл с одинаковой бочей частотой, угол 0 между одной из параллельных граней и основанием призмы выбран из УСЛОВИЯ Q-O.Sarcs nl.Ce/CP}, где Cg - скорость продольных волн в матер але призмы; С.Р- фазовая скорость нулевой моды волн Лэмба в материале пьезопреобразователей, размеры пьезопреобразователей выбраны из условвдDg --D /CQe20, где D - диаметр пьезопреобразователяГ диаметр второго пьезопреобразооба пьезопреобразователя установлены на грани призмы, образующей с основанием угол в таким образом, что оси пьеэояр еоб азователей расположены в плоскости, nejv пендйкуяярной основанию пpизм ы, расстояние S между центрами пьезопреобра ователей вькбрано из условия 5--a(l-cos2e)/co62S, где а - минимальное расстояние между центром первого пьезопреобразо- вателя и ребром, образоваинь;м основанием призмы и ее гранью, на которой установлены пьезопреобразователи, а размер основания призмы в плоскости, проходящей через оси пьезопреобразователей, выбран из условия k(af /coss. На чертеже представлена схема ультразвукового датчика для биологических исследований. Ультразвуковой датчик для биологических исследований содержит призму 1 с двумя параллельными гранями 2 и 3 и основанием 4 и установленные на призме 1 первый 5 второй 6 пьезопреобразователи. Угол Q ежду гранью 2 и основанием 4 прнзмы 1 ыбран из условия § 0,5arcs niCe/C P), де Cg - скорость продольных волн в материале призмы 1; С - фазовая скорость нулевой моды волн Лзмба в материале пьезопреобразователей 5 и 6. ьезопреобразователи 5 и 6 установлены на рани 2 призмы 1, образующей с основаним 4 угол Q таким образом, что оси пьеопреобразователей 5 и 6 расположеиы в лоскости, перпендикулярной основанию 4 ризмы 1, а расстояние S между центра ми ьезопреобразователей 5 и 6 выбрано из словия & a 1-cos2Q)/cos20,, де а - -максимальное расстояние между центром первого пьезопреобразователя 5 и ребром, образованным .основанием 4 призмы 1. и ее гранью 2, на которой установлены пьезопреобразователи 5 к 6. Размеры пьезопрюобразователей 5 и 6 выбра ы из условия , 310 где D - диаметр первого пьезопреобразовагеля 5; Dj - диаметр второго пьезопреобразователя 6. Размер k основания 4 призмы 1 в плоскости, проходящей через оси пьезопреобразователей 5 и 6. выбраи из условия V()ICOSQ. Ультразвуковой датчик для биологических исследований работает следующим образом. В исходном состоянии датчик находится в воздухе. Первый преобразователь 5 возбуждается с помощью генератора (не показан) и излучает в призму I продольные ультразвуковые волны, Распрюстраняясь от грани 2 призмы 1, продольные волны падают под углом 0 на основание 4, отражаются от иего и опять попадают на грань 2. В мес те падения на грань 2 призмы 1 отраженной продольной волны находится второй пьезопреобразователь 6, что обусловлено выбором расстояния S между центрами пьезопреобразователей 5 и 6. В пьезопреобразователе 6 возбуждается волна Лэмба нулевого порядка симметричная SQ или антисимметричная в зависим)сти от выбранного угла Q межд гранью 2 и основанием 4 призмы 1. Благодаря выбору размера пьезопреобразователей 5 и 6 Di и D и основания 4 призмы 1 в Ce n-Vnf bH Vo)-g:H H-Vni biuv9)pAUVn)biuVeV -{l -Vn 4biuvQVg;H-V

где p4 - плотность материала призмы 1, Ъ, - постоянные для конкретного датчика, определяемые из формул

j(cg-QC 9in e)

Сысоев

С

где С - скорость поперечных воли в материале призмы 1.

Таким образом, изобретение расширяет область применения датчика позволяя исследовать биологические жидкости и мягкие ткаИИ организма при одностороннем достпупе к ткани, а также in vivo, что приводит к увеличению количества зон исследований на теле живого существа благодаря установке пьезопреобрэзователей на грани призмы, образующей с основанием угол, выбранный из условия

0 0,5 arcs (п (Се/Сф),

а также благодаря выбранным размерам пьезопреобразователей и основания призмы и расстоянию между центрами пьезопреобразователей. 3 плоскости, проходящей через оси пьезопреофразователей 5 и 6, k отраженные волны полностью попадают на пьезопреобразователь 6 и преобразуются им в электрический сигнал амплитудой А . Затем второй пьезопреобразователь 6 возбуждается с помошьк. гене ратора и излучает в ггризму 1 продольные , ультразвуковые волны. Распространяясь от грани 2 призмы 1, эти продольные волны нормально падают на грань 3, отражаются от нее и опять попадают на грань 2 и пьезопреобразователь 6, и преобразуются им в элект рический сигнал амплитудой В . После зтою основание 4 и грань 3 призмы 1 вводят в акустический контакт с исследуемой биологической тканью 7, опять возбуждают генератором пьезопреобразователи 5 и 6, принимают отраженные волны, которые преобразуются пьезопреобразователями 5 и 6 в злектри А и В, . Определяют коэффициенты VQ и V, отражения продольных волн от исследуемой биологической ; ткани 7 соответственно при угловом и нормальном паданиях из выражений e AjAo, Vr, BWBo. Скорость с распространения ультразвуковых колебаний в исследуемой биологической ткани 7 и ее плотность р определяют ю выражении )Veil9 M9 .Vn)Mvve/

в П,

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДАТЧИК ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ, содержащий призму с двумя параллельными гранями и установленные на ней два пьезопреобразователя с одинаковой рабочей частотой, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, угол 9 между одной из параллельных граней и основанием призмы выбран из условия 9-0,Barceirr(Celc), где Cg - скорость продольных волн в материале призмы; С.- фазовая скорость нулевой моды волн Лзмба в материале пьеэопреобразователей. размеры пьезопреобразователей выбраны из условия I 2 D /co52Q, где D, - диаметр первого пьезопрсобразователя; Do - диаметр второго пьезопреобразователя, оба пьезопреобразователя установлены на грани призмы, образующей с основанием угол Q таким образом, что оси пьезопреобразователей расположены в плоскости, пертендикулярной основанию призмы, расстояние S между центрами пьезопреобразователей выбрано из условия I 5«a(i-cos2e)/co&20, (Л с где а - минимальное расстояние межоу центром первого пьезопреобрязователя и ребром, образованным сонованием призмы и ее гранью, на которой установлены пьезопреобрао зователи, а размер k основания призмы в плоскости, :А Х проходящей через оси пьезопреобраэователей, выбран из условия D k(a+)/cose. :

Pi