CCF20101119004(1)

Otrzymywanie ultradźwięków, pole ultradźwiękowe.

Metod wytwarzania i odbioru fal ultradźwiękowych jest wiele, a klasyfikowane są zwykle ze względu na sposób przetwarzania energii. Często są to metody odwracalne, czyli ten sam przetwornik służy jako nadajnik i odbiornik ultradźwięków. Najczęściej spotykanymi metodami otrzymywania ultradźwięków jest wykorzystanie zjawisk natury elektrostatycznej i magnetycznej. Stąd też powszechnie stosowanymi przetwornikami są przetworniki piezoelektryczne. Przetwornik taki to płaskorównoległa płytka wycięta z monokryształu np. kwarcu, niobanu litu lub innego o określonej orientacji w stosunku do osi piezoelektrycznej, posrebrzona po obu stronach. Grubość jej d tak jest dobrana, aby wzbudzone drgania mechaniczne odpowiadały jej drganiom rezonansowym.

d = A./2 = c/2f

Przyłożenie napięcia zmiennego do takiego przetwornika powoduje w nim zmianę naprężeń mechanicznych, wytwarzając tym samym falę ultradźwiękową (zjawisko piezoelektryczne odwrotne). Z kolei jeśli taki kryształ poddamy zewnętrznemu działaniu ciśnienia to wytworzymy w nim pole elektryczne, czyli na jego przeciwległych powierzchniach pojawią się ładunki (zjawisko piezoelektryczne proste).

Pole akustyczne wytwarzane przez źródło nie jest równomierne. W bezpośrednim pobliżu źródła rozkład ciśnienia akustycznego jest szczególnie nieregularny, spowodowany głównie przez występującą tam interferencję fal. To interferencyjne pole zwane jest polem bliskim. Zasięg tego pola określa położenie ostatniego maksimum ciśnienia akustycznego w osi źródła. W polu bliskim przekrój poprzeczny wiązki ma w przybliżeniu ten sam kształt, co źródło drgań i nie występuje w nim rozbieżność wiązki ultradźwiękowej, ale istnieją w nim obszary „bezechowe”, w których intensywność fali spada do zera. Dalej znajduje się pole dalekie, w którym ciśnienie akustyczne maleje odwrotnie proporcjonalnie do odległości od źródła, a przekrój poprzeczny wiązki zwiększa się, wiązka staje się rozbieżna. Odpowiednie kształtowanie wiązki ultradźwiękowej ma istotne znaczenie w zastosowaniach medycznych, bowiem dzięki temu możemy realizować różne cele. Możliwe jest na przykład ogniskowanie wiązki.

5