Практическое применение ультразвука требует знания параметров ультразвукового излучения. Это особенно важно в медицинских ультразвуковых приборах, а также технологических ультразвуковых установках. Для обнаружения и измерения ультразвуковых полей существуют различные датчики, работа которых основана на таких явлениях как пьезо- и магнитострикционный эффект, нагрев вещества под действием ультразвука, преломление луча света в стоячей ультразвуковой волне, радиационное воздействие ультразвука.
Самыми чувствительными к ультразвуку являются пьезодатчики и магнитострикционные датчики, которые позволяют практически мгновенно измерять ультразвуковое давление. Однако обратный пьезо- и магнитострикционный эффект может искажать результаты измерений. Кроме того, при измерениях ультразвука в жидкостях следует предохранять подобные датчики от разрушающего воздействия кавитации.
Пьезодатчики самые распространенные, т.к. могут иметь миниатюрное исполнение ( чувствительный элемент может иметь размеры ~ 0,1 мм ) и позволяют принимать ультразвук в широком частотном диапазоне вплоть до десятков мегагерц. Стандартный материал для чувствительного элемента пьезодатчика-керамика на основе титаната бария.
Магнитострикционные датчики имеют более объемную конструкцию и позволяют измерять ультразвук частотой до сотни килогерц. Как правило, магнитострикционный датчик изготовляется под определенную частоту ультразвука, т.е. является резонансным приемником, что важно для ультразвуковых технологических установок, работающих в узком частотном диапазоне. Чувствительный элемент магнитострикционного датчика изготавливается из феррита, что позволяет использовать такой датчик в агрессивных средах.
Более инерционными являются калориметрические датчики, которые, по сути, измеряют температуру вещества, нагретого ультразвуковым полем. Обычно используют термопару, степень нагрева которой определяется частотой и интенсивностью ультразвука.
Измерить частоту и оценить форму ультразвуковой волны можно оптическим датчиком ультразвука. В оптическом датчике используется явление дифракции света на ультразвуковой волне. При измерениях используют оптически плотные прозрачные среды ( обычно используют жидкости ).
Самым простым датчиком ультразвука является ультразвуковой радиометр, работа которого основана на физическом явлении радиационного давления. На любое тело, помещенное в пучок лучистой энергии, действует механическая сила, которая и измеряется в ультразвуковом радиометре. Ультразвуковой радиометр представляет собой механический датчик в виде пластинки или сферы, которая подвешена на тонкой упругой нити и может отклоняться под действием ультразвукового луча. Размеры механического датчика должны быть намного больше длины волны детектируемого ультразвука. Чем выше интенсивность ультразвука, тем сильнее отклоняется чувствительный элемент.
|
