Что такое ультразвуковой датчик
Перейти к содержимому

Что такое ультразвуковой датчик

  • автор:

Типы ультразвуковых датчиков и их назначение

УЗИ датчики - типы и как правильно выбрать

Чтобы полноценно воспользоваться всеми возможностями вашего ультразвукового аппарата, вы должны иметь правильные аксессуары. Таким образом, главным фактором эффективности вашего УЗ-сканера является правильно подобранные ультразвуковые датчики.

В данной публикации мы расскажем о различных видах ультразвуковых датчиков и для каких исследований предназначен каждый из них. В заключении мы поделимся несколькими полезными советами, которые следует помнить при покупке УЗ-датчиков.

Итак, давайте по порядку.

— Что такое ультразвуковой датчик и для чего он нужен?

УЗ-датчик представляет собой устройство, которое генерирует ультразвуковые волны. Эти волны отражаются от тканей тела человека и в виде эхо-сигналов улавливаются этим же датчиком. Полученные эхо-сигналы датчик передает на компьютер, который использует их для создания изображения, называемого эхограммой. Основным элементом каждого ультразвукового датчика является пьезоэлектрический кристалл, который служит для генерации и приема ультразвуковых волн. К сожалению, индустрия медицинской визуализации уже более 40 лет использует один и тот же пьезоэлектрический материал.

Так было вплоть до недавнего времени, когда появился новый вид материала и новая технология ультразвуковых датчиков – монокристаллическая, что повлекло за собой значительное улучшение качества изображения.

Виды ультразвуковых датчиков

В настоящее время на рынке доступны УЗ-датчики различных форм, размеров и предназначенные для самых разных применений. Это связано с тем, что для получения хорошего качества изображения в разных частях тела необходимо применять датчики с соответствующими характеристиками. УЗ-датчики могут быть внешними или полостными. Внешние располагаются на поверхности тела или органа, а полостные вводятся в полый орган или отверстие (например, в прямую кишку или влагалище).

Есть ли еще какие-то различия между ними?

Ультразвуковые датчики отличаются своей конструкцией в зависимости от:

  • Расположения пьезоэлектрических кристаллов
  • Размера апертуры (размера контактной площадки)
  • Частоты

Ниже мы перечислим три наиболее распространенных вида ультразвуковых датчиков: линейный, конвексный (стандартный или микроконвексный) и секторный фазированный. Кроме того, мы включили в обзор и некоторые другие датчики, которые доступны на рынке и на нашем складе.

Линейные датчики

Пьезоэлектрические кристаллы в этих датчиках расположены линейно, форма области сканирования прямоугольная. Этот датчик обладает хорошим разрешением в ближней зоне. Частота и применение линейного датчика зависят от того, предназначен ли он для получения 2D- или 3D/4D-изображения.

Линейный УЗ-датчик

Линейный 2D датчик имеет широкую апертуру, и его центральная частота находится в диапазоне 2,5-12 МГц.

Линейный датчик используется для следующих целей:

  • Исследование сосудов
  • Выполнение катетеризации сосудов под контролем узи
  • Выполнение регионарной анастезии под контролем узи
  • Исследование молочных желез
  • Исследование щитовидной железы
  • Исследование мышц, сухожилий и суставов
  • Исследование других поверхностных органов
  • Проведение интраоперационных исследований и лапароскопии

Линейный 3D/4D датчик имеет широкую апертуру и центральную частоту в диапазоне 7,5-11 МГц.

Область применения данного вида датчика:

  • Исследование молочных желез
  • Исследование щитовидной железы
  • Исследование сосудов, в частности сонных артерий

Конвексные датчики

Конвексный ультразвуковой датчик также называют выпуклым датчиком, поскольку пьезоэлектрические кристаллы в нем расположены криволинейно. Форма области сканирования является выпуклой. Этот датчик хорошо визуализирует глубоко расположенные структуры, даже при уменьшении разрешения изображения с увеличением глубины.

Конвексный УЗ-датчик

Область сканирования, частота и применение конвексного датчика зависят от того, предназначен ли он для получения 2D- или 3D/4D-изображений.

Конвексный 2D датчик имеет широкую апертуру, и его центральная частота составляет 2,5-7,5 МГц.

Конвексный датчик используется для следующих целей:

  • Исследование органов брюшной полости у взрослых и детей
  • Исследование органов малого таза у взрослых и детей
  • Диагностика плода

Конвексный 3D/4D датчик имеет широкую апертуру, и его центральная частота составляет 3,5-6,5 МГц. Он применяется для исследования органов брюшной полости, органов малого таза и диагностики плода.

Существует подвид конвексных датчиков, называемый микроконвексным. Он имеет гораздо меньшую апертуру. Врачи обычно используют его в неонатологии и педиатрии.

Секторные фазированные (кардиологические) датчики

Этот датчик назван по типу устройства пьезоэлементов, которое называется фазированной решеткой. Фазированный датчик имеет небольшую апертуру и низкую частоту (центральная частота составляет 2-7,5 МГц). Форма области сканирования практически является треугольной. Эти датчики имеют плохое разрешение в ближнем поле но дают хороший обзор на глубине. Позволяют наблюдать структыры через узкую межреберную щель.

Секторный фазированный УЗ-датчик

Сфера применения фазированного датчика:

  • Исследование сердца, включая транспищеводные исследования у взрослых и детей
  • Исследования органов брюшной полости у взрослых и детей
  • Исследования головного мозга у взрослых и детей

Для исследования детей используются датчики с высокой частотой (5 или 7,5 МГц), что позволяет получить более качественное изображение. Это возможно благодаря маленьким размерам пациентов.

Другие типы ультразвуковых датчиков

И это еще не всё. На рынке присутствует большое количество всевозможных видов УЗ-датчиков. Вот некоторые из них:

Карандашные датчики, также называемые CW-датчиками, используются для измерения кровотока. Этот датчик имеет небольшую апертуру и использует низкую частоту (обычно 2-8 МГц). Следующий вид ультразвукового датчика – внутриполостной. Эти датчики предназначены для проведения исследования при введении их в определенные полые органы или отверстия. К внутриполостным датчикам относятся вагинальные (гинекологические), ректальные и ректально-вагинальные датчики. Как правило, они имеют небольшую область сканирования, а их частота колеблется в диапазоне 3,5-11,5 МГц. Также имеется чреспищеводный (трансэзофагеальный) датчик. Как и ранее упомянутые датчики, он имеет небольшую апертуру и используется в кардиологии для получения лучшего изображения сердца, выполняемого через пищевод. Эти датчики работают на средней частоте, в диапазоне 3-10 МГц.Кроме того, существует несколько датчиков, предназначенных для хирургического применения, например, лапароскопические.

Советы, которые следует помнить при покупке ультразвукового датчика

Теперь, когда вы уже знаете о наиболее распространенных видах ультразвуковых датчиков, предлагаем вашему вниманию несколько советов, которые вы должны помнить при их покупке:

  • Удостоверьтесь и дважды проверьте, совместим ли датчик, который вы собираетесь приобрести, с вашим аппаратом – для этого вы можете использовать руководство по эксплуатации или обратиться в наш отдел продаж.
  • Низкая частота (от 2,5 до 7,5 МГц) обеспечивает лучшую глубину проникновения, однако ее недостатком является более низкое качество изображения.
  • Чем выше частота (выше 7,5 МГц), тем ниже глубина проникновения ультразвука, тем не менее вы получаете изображения более высокого качества вблизи поверхности (7,5 МГц = 20 см).

Внимание!

  • Черная линия на мониторе ультразвукового аппарата, вероятнее всего, будет означать, что внутри датчика есть кристалл, отработавший свой срок службы.
  • Тень на экране ультразвукового аппарата может указывать на слабый кристалл внутри датчика, который не производит необходимую вибрацию.

Уход и обслуживание УЗ-датчика

Наконец, помните, что датчик является очень важным и очень дорогим элементом ультразвукового аппарата. Поэтому после его приобретения вы должны эксплуатировать его, соблюдая следующие меры предосторожности:

Устройство и Принцип работы ультразвукового датчика(УЗИ), классификация, особенности,

Привет, Вы узнаете про датчики узи, Разберем основные ее виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое датчики узи, устройство узи, принцип работы узи, классификация узи, ультразвуковой датчик , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Датчики и сенсоры, Технические измерения и измерительные приборы .

Устройство ультразвукового датчика

Конструктивно ультразвуковой датчик состоит из сканирующей головки, кабеля и коннектора.

  • Коннектор предназначен для присоединения датчика к УЗИ-аппарату и имеет множество контактов, выполненных в виде штырьков или металлических площадок. Довольно часто в корпусе коннектора располагается электронный блок предварительного усиления, в некоторых случаях блок первичного усиления находится в корпусе сканирующей головки.
  • Кабель представляет собой гибкий жгут из множества (часто из нескольких сотен) микропроводников, соединяющих коннектор и пьезокристаллы сканирующей головки.
  • Сканирующая головка состоит из:

1 — акустической линзы, предназначенной для формирования геометрии акустического пучка. Линза изготавливается из специального пластика, непосредственно контактирует с гелем и телом пациента, может быть различных цветов (часто это серый, синий или красный).

2 — согласующих слоев, предназначенных для эффективного проникновения акустических волн. Они представляют собой комбинацию различных полимерных материалов.

3 — матрицы пьезокристаллов, предназначенной для излучения ультразвуковых волн. Это представляется возможным благодаря пьезоэлектрическому эффекту.

Природа кристаллов пьезоэлектрических элементов позволяет генерировать звук высокой частоты под воздействием электрического напряжения. Оказавшись в поле высокочастотных звуковых колебаний, пьезокристалл, напротив, генерирует электрическую энергию. Включив такие кристаллы в электрическую цепь, и определенным образом обрабатывая, получаемые с них сигналы, мы можем получать изображение на экране УЗИ-аппарата.

4 — демпфера из твердого материала, предназначенного для устранения чрезмерных вибраций с целью укорочения длины импульса и увеличения разрешающей способности.

5 — пластикового корпуса с гибким окончанием

6 — муфты — резиновой накладки для предотвращения перегибания и повреждения кабеля в месте выхода из корпуса датчика.

Смотрите видео структуры УЗИ датчика, где мы не только рассказали, но и показали датчик в разрезе!

При такой сложной структуре с датчиком могут возникнуть самые различные проблемы: дефекты линзы, корпуса, кабеля, коннектора, и даже неисправности внутренней электроники, но благодаря опыту и собственным разработкам в данной области мы можем восстановить датчик УЗИ при повреждении любой сложности.

Подписывайтесь на нашу рассылку, где Вы будете получать интересные статьи про узи, узи датчики и другую актуальную информацию из медицинской сферы.

устройство датчика ультразвука

Принцип работы ультразвукового датчика

Природа кристаллов пьезоэлектрических элементов позволяет генерировать звук высокой частоты под воздействием электрического напряжения. Оказавшись в поле высокочастотных звуковых колебаний, пьезокристалл, напротив, генерирует электрическую энергию. Включив такие кристаллы в электрическую цепь, и определенным образом обрабатывая получаемые с них сигналы, мы можем видеть изображение на экране УЗИ-аппарата.

Меры предосторожности при работе с ультразвуковыми датчиками

Между кристаллической матрицей датчика и телом пациента располагается ряд согласующих материалов для лучшего проникновения и дополнительной фокусировки УЗ-луча. Это согласующие слои самого датчика, акустическая линза и согласующий акустический гель.

Необходимо помнить, что применять следует гель из рекомендуемого производителем списка, поскольку гели отличаются физическими параметрами. Использование «неправильного» геля будет приводить к перегреву пьезокристаллической матрицы, согласующих слоев и линзы, а также к повышенной нагрузке на электронные блоки формирования высокого напряжения и усиления принятого сигнала.

Таким образом, кажущаяся необоснованность и экономия от использования более дешевого геля приведет к поломке датчика и дорогостоящему ремонту самого аппарата, а в некоторых случаях даже электротравмам пациента или врача, так как на головку датчика подается высокое электрическое напряжение.

Если у Вас все же возникла проблема с датчиком, не спешите его списывать:

Несмотря на всю сложность, ремонт датчиков УЗИ возможен практически в любом случае.

Как работает ультразвуковой датчик в B-режиме

принцип работы датчика УЗИ

Через ультразвуковой пьезоэлектрический датчик в ткани отправляется короткий импульс.

Он распространяется и отражается от объектов, расположенных на разной глубине. Скорость распространения ультразвука в тканях известна, поэтому можно определить определить расстояние до объекта, который отразил данный эхо-сигнал.

Амплитуда принятого сигнала кодируется на экране с помощью оттенков серого цвета. Глаз человека больше всего восприимчив именно к оттенкам серого. Таким образом происходит кодировка амплитуды принимаемого сигнала в яркость на мониторе УЗ-сканера.

При этом работа ультразвукового датчика для пользователя заключается в следующем:

твердые объекты выглядят более светлыми, почти белыми, пустоты наоборот — черными.

Это происходит потому, что амплитуда отраженного от кости сигнала велика. Если же направить луч в полость (в пустоту), УЗ-луч пройдет очень глубоко, сильно ослабнет и амплитуда принятого отраженного сигнала будет близка к нулю. Биологические ткани, представляющие наибольший интерес для врача, на дисплее аппарата отображаются в промежуточных градациях серого цвета.

Работа линейных, конвексных и секторных датчиков

Линейный и секторный датчик

В линейных и конвексных датчиках пьезокристаллы излучают группами поочередно, пока не отработают все кристаллы от начала пьезокристаллической матрицы до конца. Один кадр на дисплее обновится тогда, когда все группы поочередно отправят и примут ультразвуковой сигнал.

В секторных фазированных датчиках все кристаллы излучают почти одновременно. Специально вводятся небольшие электронные задержки сигнала на каждый кристалл для того, чтобы направлять сканирующий луч. Изображение на дисплее обновится тогда, когда луч просканирует весь сектор обзора.

принцип работы датчика УЗИ

Работа ультразвукового датчика в режимах допплера

Рассмотрим прам из видов доплера – режиме постоянного доплера. Суть метода заключается в применении эффекта Доплера.

Звук, отражаясь от подвижного объекта, меняет свою частоту. В зависимости от направления движения объекта и его скорости, Эта разница, или сдвиг частот, называется Допплеровским. Он будет изменяться с течением времени.

В данном режиме одна половина кристаллов датчика работает на излучение ультразвука, а вторая – на прием. Сравнивая принятый сигнал с отправленным, мы получим частотный допплеровский сдвиг ультразвука.

По значению сдвига можно высчитать скорость движения тканей или жидкостей в организме. Допплеровский сдвиг часто лежит в пределах слышимых человеком частот (20Гц-20кГц), поэтому его в качестве дополнительного источника информации выводят в форме звука, через динамик аппарата.

Устройство и Принцип работы ультразвукового датчика(УЗИ), классификация, особенности,

Существуют и другие режимы работы УЗ-сканера, в которых работа датчика отличается от изложенных выше, как программно, так и аппаратно.

Для всех типов датчиков указаны основные параметры и характеристики, описание, области применения. Рассмотрим основные (типовые) неисправности и поломки каждого типа и ремонт УЗИ датчиков.

Основные типы датчиков УЗИ:

  • Конвексный датчик
  • Микроконвексный датчик
  • Линейный датчик
  • Секторный датчик
  • Фазированный секторный датчик
  • Внутриполостной датчик (трансректальный / анальный, трансвагинальный, трансуретральный)
  • Биплановый датчик
  • 3D / 4D (Live-3D) датчик
  • Матричный объемный датчик
  • Карандашный доплеровский датчик
  • Чреспищеводный TEE датчик
  • Видеоэндоскопический датчик
  • Биопсийные датчики
  • Катетерный (интраоперационный) датчик
  • Внутрисосудистый датчик
  • Лапароскопические датчики
  • Монокристальные датчики
  • Механические датчики
  • Офтальмологические датчики
  • Транскраниальный датчик
  • Отолорингологические датчики
  • Ветеринарные датчики
  • Плоскостные датчики

Важные характеристики УЗИ датчика

Каждый тип датчика современного УЗИ аппарата имеет ряд характеристик:

  • Частота [МГц] (основная рабочая частота / набор частот для мультичастотного датчика)
  • Радиус кривизны сканирующего модуля [мм] (для конвексных и микроконвексных дачтичков)
  • Длина (габариты) сканирующего модуля [мм] для линейных, секрторных и некоторых других датчиков
  • Угол поля зрения [градусы]
  • Глубина [мм], проникающая способность
  • Совместимость с биопсийными наборами
  • Перечень совместимых (поддерживаемых) моделей УЗИ аппаратов
  • Области применения, режимы и виды УЗИ исследований (совместимые наборы настроек в программно обеспечении УЗИ аппарата)
  • Габариты [мм]
  • Производитель

В буклетах, промо материалах и даже на сайтах производителей и поставщиков не всегда указываются все эти параметры и характеристики. Часть из них не актуальна для определенных типов датчиков ( так же можно встретить термин ультразвуковой трансдьюсер от англ. "transducer" — датчик). Безусловно важно обращать внимание на частоту (частоты) датчика, но помимо этого необходимо всегда учитывать области применения и совместимые режимы работы, поскольку сама по себе частота не несет исчерпывающую информацию о конкретном датчике.

Виды датчиков и их особенности

Форматы сканирования

Конвексный датчик УЗИ

  • Частота: 2-7,5 МГц
  • Глубина проникновения: до 25 см

Можно встретить также название абдоминальный датчик (из-за основной обрасти его применения)

Частота датчиков такого типа варьируется обычно от 2 до 7,5 МГц, причем в некоторых аппаратах частоты работы датчика могут быть и выше. Многие модели датчиков могу работать с так называемыми гармониками, что делает визуализацию качественнее во многих видах исследований.

Глубина проникновения датчиков этого вида — около 25 см., что вполне достаточно для всех областей его применения. Габариты отображения исследуемого органа на несколько сантиметров шире самого датчика. т.е. конвексные датчики обладают относительно широким полем зрения.

Устройство и Принцип работы ультразвукового датчика(УЗИ), классификация, особенности,

Ультразвуковые датчики данного типа применяются для исследования глубоко расположенных объектов: абдоминальные исследования (общие исследования брюшной полости), тазобедренные суставы, половая система и др. То есть, конвексные датчики применяются как в общей практике, в акушерстве и гинекологии, так и в других областях.

Конвексный датчик поставляется с большинством современных аппаратов УЗИ. он, конечно, может отсутствовать в некоторых случаях, но в основном представить без абдоминального конвексного датчика многоцелевой УЗИ сканер широкого профиля практически невозможно.

Частые неисправности данного типа узи датчика:

  • Стирание акустической линзы
  • Проблемы с кабелем, манжетой
  • Выход из строя пьезоэлементов
  • Трещины на корпусе

Микроконвексный датчик УЗИ

Датчик по своему строению идентичен конвексному, разница только в том, что микроконвексный датчик меньше в размерах.

Применяется он, как правило, для тех же исследований, но только в педиатрии.

Если говорить о технических параметрах, радиус кривизны сканирующего модуля у микроконвексного датчика больше, так как сам модуль меньше по габаритам.

Частоты работы в общем соответствуют обычным конвексным датчикам, но могут быть выше, поскольку микроконвексному типу датчиков не требуется такая высокая проникающая способность.

Устройство и Принцип работы ультразвукового датчика(УЗИ), классификация, особенности,

Линейный УЗИ датчик

Частота данного типа узи датчиков варьируется от 5 до 15 МГц. Глубина сканирования составляет не более 11 см. Основная особенность линейного датчика — полная пропорциональность исследуемого объекта положению линейного узи датчика, но сложностью является, что невозможно обеспечить полное прилегание узи датчика к исследуемым поверхностям. Данные датчики используются для исследований поверхностных структур, таких как молочная железа, щитовидная железа, маленьких суставов и мышц и для осмотра сосудов.

Частые неисправности данного типа узи датчиков:

  • Воздушные пузыри на акустической линзе
  • Проблемы с коннектором
  • Выход из строя пьезоэлементов

Устройство и Принцип работы ультразвукового датчика(УЗИ), классификация, особенности,

Секторный УЗИ датчик

Частота данного типа датчика варьируется от 1,5 до 5 МГц. Используется для ситуаций, когда необходимо получить широкий обзор небольшого участка. В основном, используется для обзора сердца и промежутков между ребрами.

Частые проблемы с секторными датчиками:

  • Проблемы с линзой
  • Трещины корпуса
  • Проблемы с манжетой

Устройство и Принцип работы ультразвукового датчика(УЗИ), классификация, особенности,

Секторные фазированные датчики

Данный вид датчиков активно используется в кардиологии. При помощи секторной решетки появляется возможность корректировки угла ультразвукового луча в зоне сканирования, что дает возможность посмотреть за родничок, ребра или глаза.

Датчик имеет возможность работать в режиме PW и CW, по причине того, что у него есть возможность автономного приема и передачи разных частей фазированной решетки.

Устройство и Принцип работы ультразвукового датчика(УЗИ), классификация, особенности,

Внутриполостной ультразвуковой датчик (гинекологический / урологический УЗИ датчик)

Данный типа датчика используется для исследований органов таза: акушерство, гинекология, урологию.

В данную группу входят вагинальные и трансректальные и ректально-вагинальные ультразвуковые датчики.

Устройство и Принцип работы ультразвукового датчика(УЗИ), классификация, особенности,

Биплановые узи датчики

Биплановые узи датчики имеют несколько излучателей.

При помощи этого есть возможность получить изображения в продольном и поперечном срезах.

Устройство и Принцип работы ультразвукового датчика(УЗИ), классификация, особенности,

3D и 4D объемные УЗИ датчики

Данный вид датчика используется для получения трехмерных изображений.

Возможность такой визуализации обеспечивается благодаря датчику, который вращается (качается из стороны в сторону) внутри колпака.

Чаще всего можно столкнуться со следующими проблемами 3D/4D датчиков:

  • Обрыв тросов
  • Утечка масла
  • Проблемы с механизмом 3D

Устройство и Принцип работы ультразвукового датчика(УЗИ), классификация, особенности,

Матричные объемные УЗИ датчики

Данные датчики можно поделить на полуторомерные и двумерные.
Полуторомерные матричные датчики дают возможность получить максимальное разрешение по толщине

Двумерные дают возможность получать объемное изображение в режиме реального времени и выводить на экран некоторое количество проекций и срезов.

Устройство и Принцип работы ультразвукового датчика(УЗИ), классификация, особенности,

Карандашные доплеровские УЗИ датчики

Данный тип датчика предусматривает разделение приемника и излучателя.

Используется для исследования артерий, вен ног и шеи.

Чреспищеводные (транспищеводные) или TEE датчики

Трансэзофагеальные датчики узи .

Данный тип датчиков используется для чреспищеводной эхокардиографии . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Достаточно сложное строение данного датчика разработано для специфичных исследований.
Рабочая частота данного типа датчика от 2,5 до 10 МГц.
Основные неисправности этих датчиков:

  • Разгерметизация
  • Датчик нагревается
  • Нарушение целостности наружной оболочки
  • Обрыв тяг

Устройство и Принцип работы ультразвукового датчика(УЗИ), классификация, особенности,

Полостные ультразвуковые датчики

Полостные ультразвуковые датчики используются в акушерстве, гинекологии и урологии.

К полостным датчикам относятся:

  • Микроконвексные трансвагинальные;
  • Трансректальные;
  • Ректо-вагинальные узи датчики.

Как правило разница между этими видами датчиков — это угол(кривизна)сканирующего модуля.

Для трансвагинальных кривизна равна 8-10мм, для трансректальных — 10-14мм.

Производителями выпускаются как 2D так и 3D виды полостных узи датчиков.

При помощи небольшого радиуса возможно получение полной картины внутренних органов, хотя площадь пьезоэлементов в данном типе узи датчика достаточна мала.

Устройство и Принцип работы ультразвукового датчика(УЗИ), классификация, особенности,Устройство и Принцип работы ультразвукового датчика(УЗИ), классификация, особенности,

Рис. 3 и 4 позволяют систематически организовать форматы изображений, объединить их по типам и моделям датчиков с дальнейшим учетом вариантов сканирования, выбора режимов и определенных плоскостей.
Для классификации форматов преобразователей часто объединяют аббревиатуры, описывающие определенные отношения графики и преобразователя.

Определение по типу процесса сканирования:

Процесс сканирование изображений. Датчики УЗИ

М — механический;
Е — электронный;
F — фиксированный, отсутствие сканирования.

Сканирующий процесс по направлениям:
L — линейное;
< — угловое;
С — изогнутое;
комбинации направлений.

Это способствует точному определению сканируемой плоскости. Для получения результатов в двухмерном формате используется плоскость ХZ.

Ориентируясь на указанные описания, все преобразователи можно связать с различными типами сканирования и плоскостями.
Так, на рисунке 4а можно увидеть:

  • датчик линейного типа L — электронный вариант линейного сканирования;
  • Е — находится в плоскости ХZ и имеет фокусировку фиксированного типа;
  • F — в YZ.

Это позволяет сокращать конечные обозначения: сочетания ELxz и Fyz подходят форматам 1 и 4 на схеме 3.
Комбинированный вид — рис. 1 на рис. 3. Трапециевидный тип обозначен цифрой 4 на рис. 2. он представляет собой прямоугольный формат, имеющий два частичных сектора на концах для линейного массива на схеме 4а.

Процесс сканирование изображений. Датчики УЗИ

Фазированный вид решетки на рис 4в имеет связь с форматом секторного характера 2, расположенным на схеме 3 и предыдущими плоскостями.
На рис. 3 и 4 можно ознакомиться со всеми преобразователями и форматами, а с типами датчиков — на схеме 5.

Как выбрать датчик УЗИ подходящего типа

Семейство датчиков:
Левый верхний квадрат: три верхних датчика – чрезпищеводные; два нижние –эндовагинальные.
Правый верхний квадрат: микроконвексный датчик в центре и по два фазированных с каждой стороны.
Нижний правый квадрат, слева направо: конвексный датчик, три линейных датчика, изогнутый линейный датчик, фазированный датчик.
Нижний левый квадрат, слева направо: два хирургических зонда и два интраоперационных.

Изогнутый/конвексный вариант датчиков похож на линейный формат. Отличие заключается в том, что компоненты располагаются на изогнутой, а не линейной поверхности. Данный формат имеет сходство с сектором окружности или куском торта без верхушки и подробно описывается в качестве поля зрения (FOV). Это определяет его угловое расположение латерального характера. В приведенном примере использован электронный вариант линейного сканирующего исследования Е в плоскости ХZ и фиксированный фокус F в области YZ. Сокращенно это выглядит: ECxz и Fyz в формате 3 на рис.4в.

Трехмерная визуализация приобретает все больше популярности и актуальности. По этой причине важно знать все детали и подробности. В трехмерном варианте сканируется не плоскость, а объем. Это видно по контуру на рис 2в. При использовании решетки двухмерного или матричного типа, сканирование бывает угловым в двух направлениях и носит электронный характер. Такой объем сканирования отражается пирамидальной формой — на рис. 7, рисунке 3.

Фокусировка электронного типа находится в двух плоскостях с угловым вариантом сканирования. Обозначения и формат изображения — вида “Е”.

Для получения альтернативного рентабельного трехмерного рисунка, массивы линейного и выпуклого характера механически сканируются в области оси Х в плоскости YZ. В данном варианте происходит перемещение массивов в акустически прозрачных камерах, которые наполнены жидкостью. Так, массив линейного типа (А) разворачивается по кругу оси Z, для создания серии рисунков на плоскости (в виде формата 1 или 4). В результате имеем сканируемый преобразователь механического характера типа F, проиллюстрированный на рисунке 4, а также изображение в объеме 5 на рис. 3.

Форматы сканирования

Точно таким образом решетка криволинейного или выпуклого вида (С), прокручивается вокруг оси для формирования нескольких плоских форм изображений (3). В результате получаем механический вариант датчика G, отображенного на графике 4 и изображение в объеме 6 — на рис. 3.

Для полной картины электронно управляемого перемещения решетки одномерного вида (А, В, С) можно перемещать механическим путем в ручном трехмерном режиме свободной руки. Сформированная картина собирается в трехмерный объем.
Заметим, что изменение рисунка для данного режима располагает предположениями о фиксированном интервальном значении или пространственными данными для каждого типа плоскости в формате пространственной визуализации. Это достигается благодаря датчикам положения.

Результаты исследования, полученные при помощи одноэлементных преобразователей, применяемых для внутрипросветного или катетерного способа (внутрисосудистое или внутрисердечное УЗИ), отображены на иллюстрации 8 и 9, рис. 3.
Датчик, на рис. 4н способен проводить механическое сканирование для получения двух- и трехмерных результатов, как это продемонстрировано на рис. 8-9, рис. 3.

Для формата 8 датчик (на рис. 4н) перемещен под углом по всей площади окружности для получения картины в образе пончика. Имеется и матричный вариант данного эндоваскулярного УЗИ-устройства. При повороте и перемещении по оси Y преобразователя механического типа, образуется рисунок в цилиндрическом объемном варианте, формат 9 (рис.3)

Все варианты преобразователей, отображенные на рис. 4 сопоставляются с разными форматами изображений, как на рис. 3, при помощи форматов и обозначений в процессе сканирования, указанного преобразователя (рис.4).

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

  • ультрасонография , узи , узи аппарат ,
  • структурная схема узи , функциональная схема узи , узи , ремонт узи ,

В общем, мой друг ты одолел чтение этой статьи об датчики узи. Работы в переди у тебя будет много. Смело пишикоментарии, развивайся и счастье окажется в ваших руках. Надеюсь, что теперь ты понял что такое датчики узи, устройство узи, принцип работы узи, классификация узи, ультразвуковой датчик и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то нестесняся пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Датчики и сенсоры, Технические измерения и измерительные приборы

Что такое ультразвуковые датчики

Ультразвуковой датчик — это специальный инструмент, используемый для измерений в промышленной автоматизации. С его помощью можно измерять расстояние, высоту и уровень, а также определять положение в пространстве, обнаруживать наличие объектов и даже подсчитывать их по отдельности. Благодаря этому, УЗ-прибор имеет широкое применение в промышленности. Однако есть некоторые условия, которые могут мешать устройству корректно выполнять задачу. Обо всем этом далее.

Ультразвуковой датчик

Общая информация об ультразвуковых датчиках

Прежде чем разбирать принцип работы конкретных устройств, стоит рассмотреть все аспекты работы ультразвукового датчика.

Принцип работы

Работа ультразвукового датчика заключается в том, что передатчик посылает ультразвуковую волну с частотой от нескольких десятков до нескольких сотен герц, направленную к определенному объекту. Когда волна встречает объект, она отражается от него и возвращается, попадая в приёмник. По времени, в течение которого волна преодолела путь, можно определить расстояние от объекта. В зависимости от типа устройства, это расстояние может варьироваться от нескольких сантиметров до 10 метров.

Генерируемое отражение принимается и преобразуется в электрический сигнал пьезоэлектрическим преобразователем. Прибор измеряет задержку между излучаемым ультразвуковым импульсом и полученным отражением, вычисляя расстояние до объекта, используя значение скорости звука. При комнатной температуре скорость распространения звука в воздухе составляет около 344 м/с.

схема

Самоочищение ультразвукового датчика

В настоящее время, благодаря использованию передовых технологий, ультразвуковое устройство может действовать как датчик приближения, и как аналоговый измеритель расстояния. Большим преимуществом таких детекторов является то, что на их работу не влияют внешние условия окружающей среды, такие как туман, пыль, загрязнение воздуха. Кроме того, датчики также работают с прозрачными объектами, которые создают сильные отражения. Уникальная способность УЗ-устройства, заключается в том, что у них есть функция самоочищения, которой нет ни у каких других датчиков. Это связано с тем, что при передаче ультразвуковых волн, прибор сам настраивается на вибрацию (под воздействием высокочастотных звуков) и таким образом очищается от пыли и других загрязнений.

Ультразвуковой датчик

Диапазон измерения

Точность работы в первую очередь обусловлена диапазоном измерения. Прибор определяет интервал, при этом учитывая все значения, для измерения которых данное устройство предназначено. Основной принцип заключается в том, что измерения всегда более точны в среднем диапазоне, и менее точны ближе к предельным значениям. Диапазон измерения может быть соответствующим образом адаптирован к вашим потребностям. Современные устройства, как правило, имеют несколько различных диапазонов. Они указаны в спецификации продукта. Таким образом, вы можете выбрать нужный датчик для требуемых замеров.

схема

Факторы, влияющие на диапазон измерения

Диапазон измерения УЗ-датчика зависит от свойств поверхности и угла установки объекта. Наибольший диапазон измерения можно получить для объектов с плоскими поверхностями, расположенными под прямым углом к оси датчика. Очень маленькие объекты или предметы, отражающие звук, частично сокращают дальность обнаружения. Объекты с гладкими поверхностями должны быть расположены как можно ближе к датчику, под углом 90°. Поверхности с неровной текстурой обеспечивают больший допуск к отклонению угла объектов.

Следует также учитывать воздействие окружающей среды. Наибольшее влияние на точность ультразвуковых датчиков оказывает температура воздуха. Относительная влажность и барометрическое давление также должны быть учтены.

Материалы, которые может обнаружить ультразвуковой датчик

УЗ-устройства обнаруживают практически все промышленные материалы из дерева, металла или пластика, независимо от их формы и цвета. Объекты могут быть твердыми, жидкими или порошкообразными. Единственным требованием является беспрепятственное отражение звуковых волн в сторону датчика. Однако некоторые объекты могут уменьшить рабочий диапазон устройства. Это объекты с большими, гладкими и наклонными поверхностями, либо с пористой текстурой, например, войлок, шерсть или строительная пена.

материалы

Режимы работы ультразвукового датчика

УЗ-прибор может работать в различных режимах. Количество доступных режимов зависит от производителя и программного обеспечения, используемого для управления работой прибора. Но, как правило, у всех устройств они примерно одинаковы.

В режиме непрерывной работы, звуковые волны отправляются циклически, через равные промежутки времени. При обнаружении объекта датчик передает показания на микроконтроллер. В режиме генерации одного импульса, датчик посылает один импульс и делает считывание. Некоторые датчики могут одновременно обнаруживать несколько объектов при работе в этом режиме (при этом каждое считывание записывается в структуру данных).

Стандартно, УЗ-датчики работают в активном режиме — генерируют звук, а затем ждут его отражения. Датчик, работающий в пассивном режиме, не генерирует звук, он прослушивает импульсы, излучаемые другими УЗ-устройствами.

Ультразвуковой датчик

Область применения ультразвуковых датчиков

Эти приборы используются не только для измерений, но и в качестве датчиков обнаружения, то есть, для обнаружения присутствия предметов в поле ультразвука. Таким образом, они могут иметь очень широкое применение в различных отраслях промышленности.

Элементы этого типа обычно используются в качестве датчиков движения, которые зажигают или гасят свет под воздействием движения в поле ультразвука. Точно так же действуют барьеры, применяемые в гаражных залах или на общественных парковках.

В промышленном производстве с их помощью можно контролировать, например, уровень наполнения резервуаров и количество продуктов, находящихся на производственных лентах. Традиционно ультразвуковые датчики также используются для контроля производства печатных плат, которые являются чрезвычайно важным компонентом как простых, так и сложных современных электронных устройств.

Ультразвуковой датчик

Большое количество преимуществ и универсальность этого устройства, делают потенциальный диапазон применения УЗ-датчиков практически неограниченным. Их потенциал в настоящее время не используется в полной мере, но, вероятно, по мере развития технологий он будет увеличиваться.

Принцип работы ультразвукового датчика расстояния

Ультразвуковой-датчик расстояния измеряет дистанцию, которая отделяет его от препятствия перед ним, с помощью звуковых волн, неслышимых для людей (с частотой более 18 кГц). Датчик издает звук, а затем прослушивает его возвращение, вызванное отскоком от препятствия. Время, затрачиваемое звуком на возвращение, дает информацию об его расстоянии от устройства.

Ультразвуковой датчик расстояния имеет два взаимосвязанных устройства: передатчик и приемник. Передатчик генерирует высокочастотные звуковые волны, а приемник прослушивает эхо, возникающее в результате отражения этих волн от препятствия. Датчик измеряет время, прошедшее с момента генерации сигнала, до получения его отражения. Затем время преобразуется в стандартные единицы расстояния, такие как метры и сантиметры. Длительность импульса пропорциональна расстоянию, пройденному звуком, а диапазон частот звука зависит от конкретного датчика. Например, промышленные ультразвуковые датчики используют частоту от 25 до 500 кГц.

схема

Частота работы устройства обратно пропорциональна заданному диапазону расстояний. Звуковая волна с частотой 50 кГц может обнаруживать объект на расстоянии 10 м и более, а волна с частотой 200 кГц ограничивает максимальное расстояние обнаруживаемых объектов до 1 м., следовательно, волны с более низкими частотами могут использоваться для обнаружения объектов, расположенных на больших расстояниях, а волны с более высокими частотами могут использоваться для обнаружения объектов, расположенных ближе. Типичный дешевый ультразвуковой датчик работает в диапазоне от 30 до 50 кГц.

Работа ультразвукового уровнемера

Ультразвуковой датчик уровня устанавливается на верхнюю часть резервуара и передает импульс вниз. Этот импульс, движущийся со скоростью звука, отражается обратно в передатчик от поверхности жидкости. Передатчик измеряет временную задержку между переданным и принятым эхо-сигналом, а бортовой процессор устройства вычисляет расстояние до поверхности жидкости.

Ультразвуковой датчик уровня выполняет расчеты для преобразования расстояния прохождения волны в меру уровня в резервуаре. Промежуток времени между запуском звуковой очереди и получением обратного эха, прямо пропорционален расстоянию между датчиком и жидкостью в сосуде.

Частотный диапазон ультразвукового уровнемера находится в диапазоне 15–200 кГц. Низкочастотные приборы используются для более сложных применений, таких как большие расстояния и измерения уровня твердого тела, а высокочастотные — для более коротких измерений уровня жидкости.

Ультразвуковой датчик

Для практического применения ультразвукового датчика уровня, необходимо учитывать ряд факторов.

Ультразвуковые датчики

Ультразвуковые датчики – это современные микропроцессорные устройства, предназначенные для дальнего обнаружения и измерения расстояния.

Они идеально подходят для ряда задач, с которыми не справляются оптические датчики:

  • обнаружение прозрачных материалов,
  • обнаружение мелких предметов,
  • обнаружение объектов в условиях пыли, грязи, дыма.

Принцип действия ультразвуковых датчиков

Ультразвуковой датчик оборудован пьезоэлектрическим преобразователем (трансдюсером), излучающим зондирующие ультразвуковые импульсы и принимающим отражённое эхо. Процесс излучения-приёма основан на преобразовании электрической энергии в механическую и наоборот. Метод вычисления расстояния, заложенный в программу датчика, носит название «время полёта импульса» – время, измеренное между моментами излучения и приёма отражённого звукового сигнала. На основе этих данных датчик вычисляет путь, пройденный ультразвуковым импульсом до поверхности объекта (твёрдого тела или жидкости) и обратно, используя значение скорости распространения звука в воздухе. Половина этого пути – расстояние до отражающей поверхности. В результате датчик формирует выходной сигнал: аналоговый, пропорциональный расстоянию до поверхности, или дискретный, сигнализирующий об обнаружении объекта внутри или снаружи заданного участка.

Ультразвуковые датчики производства «ТЕКО» предлагают пользователю удобные возможности настройки параметров и режимов работы благодаря функции «Teach-In» (обучение), реализованной с помощью кнопок на корпусе или специального контакта в разъеме. Функция обучения позволяет выбрать тип выходного сигнала, задать сканируемый диапазон и режим обнаружения.

Режимы обнаружения дискретных ультразвуковых датчиков

Режим обнаружения с одним порогом

Ультразвуковые датчики

Переключение выходного сигнала происходит при обнаружении объекта внутри контролируемой зоны. Контролируемая зона ограничивается одним порогом.

Режим обнаружения с двумя порогами – «окно»

Ультразвуковые датчики

Контролируемая зона находится внутри «окна», ограниченного установленными порогами. Ультразвуковые датчикиКонтролируемая зона находится снаружи «окна», ограниченного установленными порогами.

Режим «отражатель»

Ультразвуковые датчики

Датчик настраивается на обнаружение неподвижной поверхности, исполняющей роль «отражателя». Ей может быть стена, бортик, щиток и др. Переключение выходного сигнала происходит при появлении в контролируемой зоне любого препятствия, которым в том числе может быть поглощающий объект – ткань, вата и др.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *