CC BY
63
Известия ТРТУ
Тематический выпуск
УДК 622.
ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СИЛОВОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ ЛИТОТРИПТЕРА ЛУ-1
А.Н. Рыбянец, Е.И. Ситало, П.В. Иванов
НИИ физики Ростовского государственного университета Россия, 344090, г.Ростов-на-Дону, пр.Стачки, 194 Тел: (8632)-285815,285055, факс: (8632)-285044, Е-mail: [email protected]
Высокоэффективные импульсные преобразователи для мощного ультразвука используются в экстракорпоральной ударно-волновой литотрипсии в качестве ультразвуковых излучателей фокусирующей силовой антенной решетки литотриптера, что позволяет формировать в фокусе решетки ударный акустический импульс амплитудой Р < 120 МПа и длительностью t < 1 мкс.
Для эффективной работы преобразователя, т.е. передачи большой мощности в излучаемую среду, требуется тщательный расчет и подбор согласующих слоев, что позволяет оптимизировать полосу частот и эффективность преобразователя в режиме излучения коротких импульсов.
В разработанной ранее [1] конструкции силового пьезопреобразователя для литотриптера ЛУ-1 высокая эффективность преобразования и широкая полоса пропускания достигнуты благодаря оптимальному согласованию акустического сопротивления пьезокерамического элемента с акустическим сопротивлением нагрузки (дистиллированная вода). Согласование осуществлено двумя четвертьволновыми накладками, акустическое сопротивление каждой из которых близко к среднему геометрическому акустических сопротивлений материалов по обе стороны этой накладки. В качестве пары таких накладок выбирались стекло [Z& = 13,0106 кг/(м2с)] и эбонит = 2,9106 кг/(м2с)] или дюралюминий = 17,8106 кг/(м2 с)] и плексиглас [Zn = 3,2-106 кг/(м2 с)]. Соединение пьезоэлемента с накладками в единый пакет произведено клеями на основе эпоксидных и полиуретановых композиций, для чего отработана технология склеивания с применением специальной оснастки.
Несмотря на высокие показатели разработанного пьезопреобразователя (предельно высокий электроакустический коэффициент полезного действия в режиме излучения - >90%), проведенные испытания выявили слабость клеевых соединений при длительных режимах эксплуатации.
Перспективным направлением в дальнейшей разработке оказалось использование пористой сегнетокерамики в качестве пьезоактивной среды для преобразователя. Для разработанных в НИИ физики образцов такой пьезокерамики акустический импеданс составил ZnK = pV3D ~ 20 106 кг/(м2с), где V3D - скорость звука при постоянной индукции, за счет меньшей плотности р (до 60% от исходной) и пониженной скорости звука керамики. Таким образом, для согласования излучателя с водой можно использовать всего один согласующий слой с импедансом ZCji ~ 5,5-106 кг/(м2 с). В качестве материала такого слоя пригоден композиционный материал, состоящий из водостойкой эпоксидной смолы холодного отверждения марки ЭДП с наполнителями в виде порошков оксидов металлов соответствующей степени дисперсности.
Проведенные расчеты позволили установить оптимальные размеры полуволнового пьезопреобразователя и четвертьволнового согласующего слоя. Существенно упростился процесс сборки излучателей: после размещения пьезопреобразователя в корпусе происходила заливка его эпоксидным наполнителем, который одновременно являлся и согласующим слоем.
Собранный пьезопреобразователь проходил испытания по методикам,
МИС-2000
Ультразвуковые и акустические приборы в медико-биологической практике
разработанным в НИИ физики. Для качественного контроля исследовалась волновая форма (амплитуда и длительность) излучаемого преобразователем нелинейного акустического импульса давления. Испытания показали, что новый пьезопреобразователь обладает основными параметрами, примерно равными характеристикам предыдущей конструкции, но излучает больший по амплитуде акустический импульс и выдерживает долговременные режимы эксплуатации. Прошедшие испытание образцы, в количестве 200 шт., были использованы в процессе сборки силовой антенной решетки литотриптера. При проведении испытаний были определены:
1. Электроакустический коэффициент полезного действия пьезоэлектрического преобразователя.
2. Полоса пропускания пьезоэлектрического преобразователя в нагруженном
состоянии.
Результаты испытаний:
1) величина электроакустического к.п.д., %, не менее 80;
2) полоса пропускания, кГц, не менее 430... 660
Таким образом, пьезоэлектрические преобразователи имеют высокие значения электроакустического коэффициента полезного действия, широкую полосу пропускания и рекомендуются к использованию в составе фокусирующей силовой антенной решетки литотриптера ЛУ-1.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пикалев М.М., Ситало Е.И., Дорошенко В.А. // Пьезоизлучатель силовой антенной решетки ультразвукового литотриптера. / "Фундаментальные проблемы пьезоэлектроники" Сб. трудов Международной научно-практической конференции "Пьезотехника-95", МП "Книга", 1995г., Т.3, С.48-49.
УДК 616.71-007.234-07. Б 87
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕНСИТОМЕТР
С.Н. Бритин, В.М. Гареев, М.В. Яковлев
Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого 173003 Великий Новгород, ул. Б.-Санкт Петербургская, 41 (816-22) 2-61-34, (816-22) 24110
Одно из самых распространенных заболеваний - ОСТЕОПОРОЗ - связано с уменьшением костной массы на единицу объема кости по отношению к нормальному показателю возрастной группы. Среди различных методов диагностики данного заболевания, таких как рентгенография, рентгеноденситометрия, фотонная абсорбциометрия, компьютерная томография, одним из самых доступных и обладающих малым риском вредного воздействия на человека при обследовании является ультразвуковой метод диагностики.
Рынок ультразвуковой денситометрии в мире является развивающимся. Созданы серийные образцы приборов, работающие с одной областью интереса, пяточной костью, и приборы, позволяющие обследовать все кости скелета. Недостатки известных приборов заключаются в том, что они не позволяют диагностировать остеопороз на ранних стадиях, его очаговые проявления.
