Ультразвуковой датчик Советский патент 1988 года по МПК A61B8/00 

J

сл

со

о

и

со

Изобретение относится к ультразвуковой измерительной аппаратуре и может быть использовано для исследования мягких биологических тканей.

Цель изобретения - повышение точности определения характеристик исследуемого вещества путем двойного переотражения от рабочей границы основания.

На чертеже представлено конструктивное выполнение ультразвукового датчика.

Ультразвуковой датчик содержит угломер 1, микрометр 2, рефлектор 3, основание 4, пьезопреобразователь 5, рабочая граница 6 основания 4 и отражающую плоскость 7.

Ультразвуковой датчик работает следующим образом.

Пьезопреобразователь 5, возбужденный высокочастотным импульсным напряжением, излучает в основание 4 импульсы продольных ультразвуковых волн. При падении этих волн под углом ос к рабочей границе

мечаемом по максимальным показаниям радиоизмерительной аппаратуры, связанной с пьезопреобразователем 5 (на чертеже не показана), эти волнЫ после отражения от рефлектора 3 распространяются в обратном направлении и попадают напьезопреоб- разователь 5. Принятые волны преобразуются в импульсы электрического напряжения амплитудой U; , которые регистрируются радиооизмерительной аппаратурой (на чертеже не показана). При этом контролируют, чтобы принятые пьезопреобразователем 5 им пульсы продольных волн, отраженных от плоскости рефлектора 3 и от отражающей плоскости 7, не накладывались друг на друга j в противно.м случае, не меняя углар , перемещают рефлектор 3 в осевом направлении с помощью микрометра 2. После этого снова перемещают рефлектор 3 на расстояние d, отсчитываемое по микрометру 2, и повторяют измерения. Импульсы электрического на10

6 основания 4, соответствующим углу, об- 20 пряжения амплитудой Us, которая получаетразованному этой границей со скошенной стороной основания 4, часть энергии волн отражается внутрь согласно закону отражения в виде импульсов продольных волн, а часть - в виде импульсов поперечных волн. Угол отражения продольных волн равен а, а угол отражения поперечных волн равен 7 Импульсы продольных волн достигают отражающей плоскости 7, отражаются в обратном направлении и после переотражения от рабочей границы 6 попадают на пьезопреобразователь 5, поскольку плоскость 7 расположена симметрично скошенной стороне основания 4 и под острым углом а к рабочей границе 6. При переотражении от рабочей границы 6 продольные волны также частично трансформируются в поперечные волны, имеющие угол отражения у. Вследствие геометрии основания 4, выполненного в виде призмы, и импульсного режима измерений поперечные волны рассеиваются и в измерениях не используются. Затем пространство между рабочей границей 6 основания 4 и плоскостью рефлектора 3 заполняют исследуемым материалом. При этом часть энергии продольных волн, излучаемых пьезопреобразователем 5, преломляется в исследуемый материал в виде продольных и поперечных волн, а напряжение Uo уменьшается до Ux. Углы преломления указанных волн равны соответственно Р и б. В мягких тканях организма скорость поперечных волн на 2 порядка меньше, чем скорости продольных волн, а затухание, наоборот, существенно выще, поэтому энергией поперечных волн можно пренебречь. С помощью подвижной части угломера 1 подбирают угол р между плоскостью рефлектора 3 и рабочей границей 6 таким образом, чтобы обеспечивалось перпендикулярное падение продольных волн на плоскость рефлектора 3. В этом случае, рт25

30

35

ся при неизменном угле р, регистрируются.

На основе измеренных значений U,, (jx, р, Ui, U2, d определяют искомые физико-акустические параметры исследуемого материала.

Коэффициент поглощения продольных волн в веществе исследуемого материала

2 d Скорость распространения продольных ультразвуковых волн в исследуемом материале

CibSinp

С,

sina

где С

lU

40

45

скорость распространения продоль ных ультразвуковых волн в материале основания 4 датчика. Волновое сопротивление вещества исследуемого материала для продольных ультразвуковых волн

Z cosfe- -- - /Ux . а . J.

50

b

ZIL и Zr

55

волновые сопротивления материала основания 4 соответственно для продольных и поперечных волн;

Плотность вещества исследуемого материала

Z2

Р2 мечаемом по максимальным показаниям радиоизмерительной аппаратуры, связанной с пьезопреобразователем 5 (на чертеже не показана), эти волнЫ после отражения от рефлектора 3 распространяются в обратном направлении и попадают напьезопреоб- разователь 5. Принятые волны преобразуются в импульсы электрического напряжения амплитудой U; , которые регистрируются радиооизмерительной аппаратурой (на чертеже не показана). При этом контролируют, чтобы принятые пьезопреобразователем 5 им пульсы продольных волн, отраженных от плоскости рефлектора 3 и от отражающей плоскости 7, не накладывались друг на друга, в противно.м случае, не меняя углар , перемещают рефлектор 3 в осевом направлении с помощью микрометра 2. После этого снова перемещают рефлектор 3 на расстояние d, отсчитываемое по микрометру 2, и повторяют измерения. Импульсы электрического на0

0 пряжения амплитудой Us, которая получаетпряжения амплитудой Us, которая получает

ся при неизменном угле р, регистрируются.

На основе измеренных значений U,, (jx, р, Ui, U2, d определяют искомые фиико-акустические параметры исследуемого материала.

Коэффициент поглощения продольных олн в веществе исследуемого материала

2 d Скорость распространения продольных ультразвуковых волн в исследуемом материале

CibSinp

С,

sina

где С

lU

40

45

скорость распространения продольных ультразвуковых волн в материале основания 4 датчика. Волновое сопротивление вещества исследуемого материала для продольных ультразвуковых волн

Z cosfe- -- - /Ux . а . J.

50

b

ZIL и Zr

5

волновые сопротивления материала основания 4 соответственно для продольных и поперечных волн;

Плотность вещества исследуемого материала

Z2

Р2 137704334

Для ультразвукового датчика с призмен-с пьезопреобразователем, образующим заным основанием 4 неизменной геометрии ихват для исследуемого материала, отличаюматериала величины а, у, Са, а, Ь яв-щийся тем, что, с целью повышения точляются постоянными и определяются ап риор-ности определения характеристик исследуено.с мого вещества путем двойного переотражеФормула изобретенияния от рабочей границы основания, в основании выполнена отражающая плоскость.

Ультразвуковой датчик, содержащий уг-расположенная симметрично скошенной столомер, микрометр, рефлектор и основание сроне основания и под острым углом к раодной скошенной стороной, контактирующейбочей границе основания.

Изобретение относится к медицинской технике. Цель изобретения - повышение точности определения характеристик исследуемого вещества. Датчик содержит угломер 1, микрометр 2, рефлектор 3, основание 4, преобразователь 5 и отражающую плоскость 7. С помощью подвижной части угломера 1 подбирают угол между плоскостью рефлектора 3 и рабочей границей 6 таким образом, чтобы обеспечивалось перпендикулярное падение продольных волн на плоскость рефлектора 3. 1 ил.