Mô phỏng trường áp suất âm trong không gian 3 chiều

Formatted: Left: 1.38", Right: 0.79", Top: 1.38", Bottom: 1.18" Lời giới thiệu Kể từ thiết bị phát siêu âm lần chế tạo Francis Galton , kỹ thuật siêu âm ứng dụng nhiều lĩnh vực khác bao gồm lĩnh vực y tế lẫn cơng nghiệp Các sóng siêu âm tạo chủ yếu từ vật liệu áp điện mà hiệu ứng vật lý khám phá nhà khoa học Jacques Pierre Curie.Tùy thuộc vào cấu trúc hình học tần số dao động loại đầu chuyển đổi, trường áp suất siêu âm phát đầu chuyển đổi có phân bố khác Sự phân bố áp suất siêu âm tạo nên búp sóng siêu âm có định hướng khác mà đặc tính phân bố áp suất âm ảnh hưởng đến yêu cầu kỹ thuật ứng dụng cụ thể Chính vậy, việc quan sát phân bố trường áp suất âm thực tế quan trọng để đánh giá mức độ ảnh hưởng phân bố áp suất âm đến kết giới hạn ứng dụng Để quan sát phân bố áp suất âm này, nhiều phương pháp thực nghiệm thực hệ thống đo lường ví dụ sử dụng đầu dị áp điện dạng kim, dạng màng , hiệu ứng điều chế âm quang Tuy nhiên, phương pháp đòi hỏi trang thiết bị thí nghiệm tốn tiến hành đo đầu chuyển đổi chế tạo hoàn chỉnh Xuất phát từ nhu cầu trực quan hóa trường phân bố áp xuất âm đầu dò chuyển đổi siêu âm thương mại để lựa chọn loại đầu chuyển đổi cho phù hợp với ứng dụng cụ thể tạo công cụ thiết kế trực quan cho loại đầu dò chuyển đổi, báo đề xuất phương pháp quan sát trường phân bố áp suất âm dựa kích thước hình học loại đầu dò chuyển đổi siêu âm tiếp cận mô số Formatted: Default Paragraph Font, Font: (Default) +Body (Calibri), 11 pt, Vietnamese Formatted: Italian (Italy) Formatted: Default Paragraph Font, Font: (Default) +Body (Calibri), 11 pt, Vietnamese Formatted: Italian (Italy) Chương I: ặt Vấn ề I.1 Giới thiệu kỹ thuật tạo ảnh siêu âm 1 Gi1 Gi Gi Giới Gthiệu siêu âm Trong khoảng 30 năm trở lại đây, siêu âm trở thành phương thức hiển thị hình ảnh mạnh nhờ vào đặc điểm độ phân giải theo thời gian thực, giá thành rẻ, xạ khơng ion hóa, có khả di chuyển thiết bị dễ dàng Gần tính hiển thị hình ảnh hài hịa, 3D, thiết bị đầu dò nhỏ gọn, việc ứng dụng yếu tố làm tăng độ tương phản … nâng cao chất lượng sử dụng rộng rãi chẩn đóan hình ảnh.Trong chương này, chúng tơi giới thiệu tổng quan sở chẩn đoán siêu âm bảng tóm tắt ứng dụng thực tiễn Sóng âm lan truyền dao động âm mơi trường rắn, lỏng, khí Dải âm ta nghe có tần số từ 20Hz đến 20kHz Siêu âm ,sóng có tần số từ 20KHz trở lên.Khi lan truyền môi trường nước chúng bị phản xạ bị phản xạ vật cản, việc ghi nhận tín hiệu phản xạ trở lại hay gọi echo cho phép ta xác định vị trí vật thể.Nguyên tắc đươc sử dụng hệ thống sonar (Sound Navigation and Ranging) động vật hữu nhũ cá heo, cá voi, điều cho phép xác định mồi, vật cản hay thú ăn thịt chúng.Những tần số sử dụng việc hiển thị hình ảnh phụ thuộc nhiều vào ứng dụng nó: sonar ( 300KHz), siêu âm chẩn đốn, siêu âm điều trị hay kiểm tra không phá hủy công nghiệp ( 0.8-20MHz) hay hiển vi siêu âm ( 12MHz – 1GHz) Formatted: Font: (Default) Times New Roman, Italian (Italy) Formatted: Font: (Default) Times New Roman, Italian (Italy) Formatted: Font: (Default) Times New Roman, Italian (Italy) Formatted: Indent: Left: 0.38", No bullets or numbering Formatted: Italian (Italy) Formatted: Font: Formatted: Indent: Left: 0.75", No bullets or numbering a Hình 1.1 Dải tần số siêu âm ứng dụng Sóng siêu âm ứng dụng siêu âm chẩn đốn thuộc loại sóng dọc, sóng mà phương dao động phần tử môi trường trùng với tia sóng, sóng xuất mơi trường chịu biến dạng thể tích, sóng truyền mơi trường rắn, lỏng khí Siêu âm tạo từ số loại loa, từ dao động tinh thể áp điện Tinh thể áp điện Các phần tử gốm (Lead zirconate titanate (PZT)) vật liệu áp điện hỗn hợp như: Vật liệu áp điện PVF2 (polyvinylidene difluoride) Formatted: Default Paragraph Font, Font: 12 pt, Font color: Auto Formatted: Default Paragraph Font, Font: 12 pt, Font color: Auto Formatted: Font: Phần tử áp điện mm Ma trận Epoxy mm Hình 1.2 Vật liệu áp điện Các đại lượng đặc trưng sóng siêu âm Hình 1.3 Kết quan sát môi trường thời điểm có sóng Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt, English (U.S.) Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt, English (U.S.) – Chu kỳ T (m/s): khoảng thời gian sóng siêu âm thực q trình nén dãn hay cịn gọi dao động Formatted: Font: – Tần số f (Hz): số chu giây Mối liên hệ: Formatted: Font: T = 1/f = v/λ Formatted: Font: (1.1) Sóng âm chia thành vùng tần số chính: Formatted: Font:  Sóng âm có tần số cực thấp gọi vùng hạ âm (infrasound) có tần số f < 16 Hz Ví dụ: sóng địa chấn  Sóng âm có tần số nghe (audible sound) có: f =16-20kHz  Sóng siêu âm (ultrasound) có f > 20kHz Ví dụ: sóng âm phát từ dơi – Bước sóng λ (m): quãng đường mà sóng truyền sau chu kỳ Hay cịn gọi khoảng cách ngắn hai điểm có dao động pha − Vận tốc truyền sóng v c (m/s): v = ρα./1 = ρ/B (1.2) Trong đó: α: hệ số đàn hồi B = 1/α: suất đàn hồi (suất Yang) hay độ cứng môi trường ρ: khối lượng riêng hay mật độ môi trường (kg/m3) ρ lớn mật độ phần tử môi trường nhiều, khả lan truyền dao động nhanh nên vận tốc lớn, cơng thức ρ tỉ lệ nghịch với v dù ρ có tăng tỉ lệ B/ρ lại tăng nhiều (trong thực nghiệm) nên vận tốc tăng theo ρ Để đặc trưng cho độ lớn áp lực âm học mà phần tử môi trường nhận chịu tác động nguồn phát sóng âm, người ta sử dụng hai đại lượng công suất P cường độ I Công suất P (W mW): mức lượng truyền từ đầu dị vào mơi trường Thơng thường lượng phát từ đầu dị siêu âm chẩn đoán từ – 10 mW Formatted: Font: Formatted: Font: Formatted: Font: Formatted: Font: Cường độ I (W/cm2 mW/cm2 ): biểu thị lượng sóng âm đơn vị diện tích Trong y tế, siêu âm ứng dụng hai lĩnh vực chính: − Siêu âm chẩn đốn (tạo hình siêu âm): sử dụng tần số từ 2-30 MHz, sử dụng phổ biến dải số từ 2,5-10MHz Ngoài người ta sử dụng tần số khác đầu dị chun biệt Ví dụ: đầu dị siêu âm nội mạch (intraluminal) siêu âm da liễu (dermatological) sử dụng tần số lên đến 20-50 MHz − Siêu âm trị liệu: tạo hiệu ứng nhiệt, xoa bóp, kích thích Có thể dùng riêng kết hợp với điện trị liệu (trong máy kích thích điện) để tìm Trigger (điểm phát bệnh – điểm gốc) Tần số thường dùng 700 – 900 kHz tùy theo hệ máy Cơng suất đầu dị 1- W/cm2 (gấp cỡ 1000 lần so với siêu âm chẩn đoán) 2.1 Cơ sở vật l siêu âm Formatted: Vietnamese Khi sóng siêu âm truyền qua mô sống, lượng động lượng truyền vào mơ Sẽ khơng có chuyển khối điểm mơi trường trừ điều gây chuyển động lượng Khi sóng siêu âm truyền qua mơ hay mơi trường, áp suất môi trường tăng lên Sự dao động phần tử chất dẫn đến thay đổi áp suất tạo sóng áp suất truyền môi trường vật chất làm cho phân tử kế cận dịch chuyển Các phần tử dịch chuyển qua lại theo hướng song song (sóng dọc) hay vng góc với phương truyền sóng(sóng ngang) Formatted: Vietnamese Formatted: Vietnamese Formatted: Font: Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Sóng ngang mm Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt, English (U.S.) Phân phối Sóng ngang mm Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Hướng truyền mm Hình 1.4 Sự dịch chuyển phân bố phần tử sóng ngang Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt, English (U.S.) Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt, English (U.S.) Chúng ta xem xét trường hợp thứ Giả sử có thể tích ngun tố phần tử vật chất xem chất lỏng không nhớt (không thể tạo sóng trượt) Khi tác dụng lực làm dịch chuyển đoạn theo trục z Một gradient Formatted: Vietnamese (1.3) Formatted: Vietnamese Một gradient tạo dọc theo khối thể tích Giả sử khối thể tích đủ nhỏ để động lượng đo mơi trường số, ta biểu diễn tuyến tính sau : Formatted: Vietnamese (1.4) Theo định luật Hooke : (1.5) với K hệ số đàn hồi, lấy đạo hàm vế theo z, ta có: (1.6) với : c : vận tốc âm (1.7) với mật độ môi trường, hệ số nén mơi trường Hình 1.5 Một khối vật chất với trở kháng Z trạng thái cân (1) dao động chịu tác động lực F biến đổi lên bề mặt Trở kháng, lượng phản xạ: Sóng áp suất p(t,z) tạo dịch chuyển phần tử mơi trường (1.8) Trong po biên độ âm cực đại Mối tương quan tốc độ truyền sóng áp suất mơ tả theo phương trình sau: (1.9) với Z trở kháng âm môi trường, Z = Cường độ âm (1.10) Phản xạ: Formatted: Font: Hình 1.6 Sóng quan mặt phân cách mơi trường có trở kháng âm khác mm Hình 1.6 Sóng quan mặt phân cách mơi trường có trở kháng âm khác Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt, English (U.S.) Formatted: Left hệ số phản xạ: (1.11) i : incident wave ( góc tới ) t : transmitted wave ( góc truyền qua ) hệ số truyền qua: (1.12) Tán xạ:“scattered back” : tán xạ ngược Trường tán xạ ngược tác động lên đầu dị tạo nên hình ảnh siêu âm cấu trúc bên phận ảnh Sự tán xạ xảy mặt phân cách nhỏ ( nhỏ khoảng vài bước sóng ) Khi chùm tia siêu âm truyền vào thể tác động lên mặt phân cách , mặt phân cách chịu tác động lại hoạt động nguồn âm âm phản xạ theo tất hướng Sự tán xạ phân tử nhỏ, có kích thước thẳng nhỏ bước sóng gọi tán xạ Rayleigh.Tán xạ có phụ thuộc mạnh mẽ vào tần số ( f^2à f^6) hữu dụng việc mơ tả đặc tính mơ Sự suy giảm: Tất dạng tương tác: phản xạ, tán xạ, khúc xạ, hấp thụ… làm ảnh hưởng đến cường độ chum siêu âm Sự hấp thụ lượng trình làm suy giảm chum tia siêu âm nhiều lượng bị hấp thụ thường chuyển thành nhiệt (có ích vật l trị liệu) Sự hấp thụ chùm tia siêu âm liên quan đến tần số chùm tia, tính nhớt, thời gian hồi phục môi trường + Thời gian hồi phục mơi trường: vật liệu có thời gian hồi phục ngắn phân tử quay trở vị trí ban đầu trước có chùm tia siêu âm tác động vào Nếu thời gian hồi phục dài, phân tử trở vị trí ban đầu lại có đợt sóng tác động vào cần nhiều lượng để dừng chuyển hướng phân tử tạo nhiệt nhiều (hấp thụ) + Độ nhớt: khả phân tử chuyển động qua phân tử khác Độ nhớt cao hạn chế lớn dòng chảyà cần phải thắng lực ma sát phân tử chuyển động + Tần số: ảnh hưởng đến hấp thụ mối quan hệ với độ nhớt thời gian hồi phục.Nếu tần số tăng, phân tử dao động nhiều tao nhiều nhiệt ảnh hưởng kéo theo ma sát (độ nhớt), thời gian cho phân tử quay lại trạng thái ban đầu thời gian hồi phục Các phân tử tiếp tục chuyển động, cần nhiều lượng để dừng định hướng lại chúng, dẫn đến hấp thụ lượng nhiều hơn.Tốc độ hấp thụ liên quan đến tần số, tần số tăng gấp đôi, tốc độ hấp thụ phân tử tăng gấp đôi (1.13) với hệ số nhớt động học, số nhớt trượt mơi trường nghiệm phương trình : (1.14) với hệ số suy giảm (1.15) từ suy cường độ chùm siêu âm: 10 Formatted: Font: PaVol Formatted: English (U.S.) mm mm Hình 4.8 c Miền hội tụ theo góc tới hạn = 4.5 độ Theo hình 4.8a, độ rộng miền hội tụ lớn theo trục X 0.2 mm, hình 4.8 b, độ rộng miền hội tụ theo trục Y 50 mm Giá trị FWHM 0.2 mm Vị trí điểm hội tụ 890 mm Giá trị áp suất âm P = 90 PaKhi miền hội tụ khơng cịn vị trí bán kính R Khi mở rộng kích thước đầu dị, vị trí hội tụ khơng thay đổi, giá trị áp suất âm tăngvị trí hội xa lên???, đồng nghĩa với miền hội tụ hẹp Vị trí hội tụ khơng cịn vị trí bán kính R mà thay đổi tăng giảm tỉ lệ thuận với kích thước đầu dị Tại kích thước đầu dị với góc tới hạn = độ, vị trí hội tụ 80mm bán kính R Ảnh hưởng vận tốc âm c tới miền hội tụ Bảng 3: Thay đổi vận tốc âm c Thông số Formatted: Font: Formatted: Normal Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: Font: Formatted: Font: Formatted: Normal Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: Font: Formatted: Normal, Indent: Left: 0.25", No bullets or numbering Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Giá trị Formatted Table Bán kính R 80 mm = 3.15 inch Tần số f 10MHz Mặt phẳng quan sát 12 x 100mm = 0.47x ich Số phần tử phát tia 400 54 Góc tới hạn độ Vận tốc sóng âm mơi trường c 330; 420; 500; 1500 m/s Độ phân giải 0.1 mm Với vận tốc âm 330m/s, hình ảnh 4.9 c mô miền hội tụ áp suất âm Formatted: Font: Pa PaVol Formatted: English (U.S.) Formatted: English (U.S.) mm mm Hình 4.9 a Miền hội tụ theo trục X Hình 4.9 b Miền hội tụ theo trục Y Formatted: Font: Formatted: Font: PaVol Formatted: English (U.S.) mm mm Hình 4.9 c Miền hội tụ vận tốc c = 330 m/s Theo hình 4.9a, độ rộng miền hội tụ lớn theo trục X 0.2 mm, hình 4.9 b, độ rộng miền hội tụ theo trục Y 70 mm Formatted: Font: Formatted: Normal Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: Font: Giá trị FWHM 0.2 mm 55 Vị trí điểm hội tụ 80 mm Formatted: Font: Với vận tốc âm 420m/s, hình ảnh 4.10 c mô miền hội tụ áp suất âm Formatted: Font: Pa PaVol Formatted: English (U.S.) Formatted: English (U.S.) mm mm Hình 4.10 a Miền hội tụ theo trục X Hình 4.10 b Miền hội tụ theo trục Y Formatted: Font: Formatted: Font: PaVol Formatted: English (U.S.) mm mm Hình 4.10 c Miền hội tụ vận tốc c = 420 m/s Theo hình 4.10a, độ rộng miền hội tụ lớn theo trục X 0.3 mm, hình 4.10 b, độ rộng miền hội tụ theo trục Y 70 mm Formatted: Font: Formatted: Normal Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: Font: Giá trị FWHM 0.3 mm Vị trí điểm hội tụ 80 mm Formatted: Font: Với vận tốc âm 490m/s, hình ảnh 4.11 c mô miền hội tụ áp suất âm 56 Formatted: Font: Pa Vol Formatted: English (U.S.) Formatted: English (U.S.) mm mm Hình 4.11 a Miền hội tụ theo trục X Hình 4.11 b Miền hội tụ theo trục Y Formatted: Font: Formatted: Font: PaVol Formatted: English (U.S.) mm mm Hình 4.11 c Miền hội tụ vận tốc c = 490 m/s Theo hình 4.11a, độ rộng miền hội tụ lớn theo trục X 0.6 mm, hình 4.11 b, độ rộng miền hội tụ theo trục Y 70 mm Formatted: Font: Formatted: Normal Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: Font: Giá trị FWHM 0.6 mm Vị trí điểm hội tụ 80 mm Formatted: English (U.K.) Với vận tốc âm 153400m/s, hình ảnh 4.12 c mơ miền hội tụ áp suất âm (phần đổi lại tốc độ truyền âm 1534) 57 Formatted: Normal Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: Font: PaVol Pa% Formatted: English (U.S.) Formatted: English (U.S.) mm mm Hình 4.12 a Miền hội tụ theo trục X Hình 4.12 b Miền hội tụ theo trục Y Formatted: Font: Formatted: Font: PaVol Formatted: English (U.S.) mm mm Hình 4.12 Miền hội tụ vận tốc c = 1500 m/s Theo hình 4.12a, độ rộng miền hội tụ lớn theo trục X 2.4 mm, hình 4.12 b, độ rộng miền hội tụ theo trục Y 200 mm, xuất búp sóng với bề rộng lớn, có độ cao lớn với vị trí hội tụ Formatted: Font: Formatted: Normal Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: Font: Giá trị FWHM 2.4 mm Vị trí điểm hội tụ 80 mm Formatted: Font: Theo thông số trên, thấy thay đổi mơi trường vật chất khảo sát, vận tốc sóng âm mơi trường thay đổi Vận tốc c lớn, độ rộng miền hội tụ lớn so với sóng truyền môi trường vận tốc c nhỏ Ảnh hưởng bán kính mặt lõm R tới miền hội tụ Bảng 4: Thay đổi bán kính mặt lõm Formatted: Font: Formatted: Normal, No bullets or numbering Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt 58 Formatted Table Thông số Giá trị Bán kính R 50; 60; 70;80,90 mm Tần số f 10MHz Mặt phẳng quan sát 12 x 100mm = 0.47x ich Số phần tử phát tia 400 Góc tới hạn độ Vận tốc sóng âm môi trường c 330 m/s Độ phân giải 0.1 mm Thời gian quan sát 1s Formatted: Normal Với bán kính R = 50mm, hình ảnh 4.13 c mơ miền hội tụ áp suất âm Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: Normal 59 Formatted: Font: Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt PaVol Pa Formatted: English (U.S.) Formatted: English (U.S.) mm mm Formatted: Font: Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Hình 4.13 a Miền hội tụ theo trục X Y(chỉnh lại trục X từ 10 đến 150) Hình 4.13 b Miền hội tụ theo trục Formatted: Font: Formatted: Font: Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: Font: PaVol Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: English (U.S.) mm mm Hình 4.13c Miền hội tụ với bán kính R = 50mm Theo hình 4.13a, độ rộng miền hội tụ lớn theo trục X 2.2 mm, hình 4.13 b, độ rộng miền hội tụ theo trục Y 200 mm Formatted: Font: Formatted: Normal Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: Font: Giá trị FWHM 2.2 mm 60 Vị trí điểm hội tụ 8062 mm Giá trị áp suất âm P = 62 Pa Với bán kính R = 60mm, hình ảnh 4.14 c mơ miền hội tụ áp suất âm Formatted: Font: Formatted: Normal Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: Font: Pa PaVol Formatted: English (U.S.) Formatted: English (U.S.) mm Hình 4.14 a Miền hội tụ theo trục X Hình 4.14 b Miền hội tụ theo trục Y Formatted: Font: Formatted: Font: PaVol Formatted: English (U.S.) mm mm Hình 4.14c Miền hội tụ với bán kính R = 60mm Theo hình 4.14a, độ rộng miền hội tụ lớn theo trục X 2.2 mm, hình 4.14 b, độ rộng miền hội tụ theo trục Y 100 mm Giá trị FWHM 1.1 mm Vị trí điểm hội tụ 8071 mm Giá trị áp suất âm P = 71 Pa Formatted: Font: Formatted: Normal Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: Font: Formatted: English (U.K.) Với bán kính R = 70mm, hình ảnh 4.15 c mơ miền hội tụ áp suất âm Formatted: Normal Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt 61 Formatted: Font: Pa PaVol Formatted: English (U.S.) Formatted: English (U.S.) mm mm Hình 4.15 a Miền hội tụ theo trục X Hình 4.15 b Miền hội tụ theo trục Y Formatted: Font: Formatted: Font: PaVol Formatted: English (U.S.) mm mm Hình 4.15c Miền hội tụ với bán kính R = 70mm Theo hình 4.15a, độ rộng miền hội tụ lớn theo trục X 1.0 mm, hình 4.15 b, độ rộng miền hội tụ theo trục Y 100 mm Giá trị FWHM 1.0 mm Vị trí điểm hội tụ 8075 mm Giá trị áp suất âm P = 74 Pa Formatted: Font: Với bán kính R = 90mm, hình ảnh 4.16 c mơ miền hội tụ áp suất âm Formatted: Font: Formatted: Font: Formatted: Font: Formatted: Font: Formatted: Font: PaVol Pa Formatted: English (U.S.) Formatted: English (U.S.) mm mm 62 Hình 4.16 a Miền hội tụ theo trục X Hình 4.16 b Miền hội tụ theo trục Y Formatted: Font: Formatted: Font: PaVol Formatted: English (U.S.) mm mm Hình 4.16c Miền hội tụ với bán kính R = 90mm Formatted: Left Theo hình 4.16a, độ rộng miền hội tụ lớn theo trục X 0.8 mm, hình 4.16 b, độ rộng miền hội tụ theo trục Y 90 mm Giá trị FWHM 0.8 mm Vị trí điểm hội tụ 80 mm Giá trị áp suất âm P = 80 Pa Khi thay đổi bán kính mặt lõm, vị trí điểm hội tụ thay đổi, giá trị áp suất âm tăng lên theo bán kính, độ rộng miền hội tụ theo trục X Y hẹp Sự thay đổi không lớn (tại lại ko lớn???) Ảnh hưởng mặt phẳng quan sát X, Y tới miền hội tụ Miền quan sát X, Y không ảnh hưởng tới miền hội tu Tuy nhiên mở rộng miền qua sát, quan sát toàn miền hội tụ miền lân cận Bảng 5: Điều kiện thực nghiệm Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: Font: Formatted: Font: Formatted: Normal Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: Font: Formatted: Normal Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: Normal, Indent: Left: 0.25" Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt iều kiện thực nghiệm Bán kính R Formatted: Normal Formatted Table 80 mm = 3.15 inch 63 Tần số f 10MHz Mặt phẳng quan sát 12 x 100mm = 0.47x ich Số phần tử phát tia 400 Góc tới hạn độ Vận tốc sóng âm 330 m/s Độ phân giải 0.1 mm Focal Distance 80mm = 3.15inch Formatted: Font: (Intl) Cambria Math Formatted: Font: Italic, Underline Formatted: Indent: First line: 0" K t qu c a h ng l mpus: Giá trị theo thực tế đầu dò Olympus FWHM theo X = 0.043 inch ~ 1.09 mm, FWHM theo Y = 3.42 inch 84 mm Phân bố áp suất âm lớn P = 80 Pa focal Distance = 80mm Kết trường áp suất âm lớn P = 80 Pa vị trí tâm mặt lõm, focal Distance = 80mm Giá trị FWHM = 0.043 inch = 1.09 mm Pa Pa Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: Indent: First line: 0" Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: English (U.S.) Formatted: English (U.S.) 0.043 3.42 Formatted: English (U.S.) in in Hình 4.17 Kết thực tế với thơng số đầu dị áp điện môi trường t qu ch ch ng tr nh m ph ng Formatted: Indent: First line: 0" 64 Giá trị theo mô FWHM theo X = 1.05 mm, FWHM theo Y = 83 mm Phân bố áp suất âm lớn P = 80 Pa focal Distance = 80mm Phân bố áp suất âm lớn P = 80 Pa focal Distance = 80mm Formatted: Left, Indent: First line: 0" VoltP Pa Formatted: English (U.S.) 1.05 mm Formatted: English (U.S.) 831.05 mm mm Hình 4.18 a: Phân bố áp suất âm theo trục y Hình 4.18b: Phân bố áp suất âm theo trục x PaVol Formatted: English (U.S.) mm mm Hình 4.18c Phân bố áp suất âm Đánh giá: Trong môi trường không khí, với thử nghiệm chương trình mơ cho Beam profile tương tự với kết test hãng Olympus (ước lượng giá trị???) Với kết thu trường áp suất âm lớn P = 80 Pa vị trí tâm mặt lõm, focal Distance = 80mm ; giá trị FWHM =1.05 mm = 0.0413 inch Sai số phép đo: FWHM theo trục X = (1.09 – 1.05)/ 1.05 = 3.8% FWHM theo trục Y = (84 – 83)/ 83 = 1.2% 65 Formatted: Indent: First line: 0" Kết thực nghiệm cho thấy, vị trí tiêu cự trùng với bán kính R Chúng ta nhận thấy mơ có sai khác so với thực phần X- profile Y – profile , xuất búp sóng nhỏ hai bên, điều độ nhạy sensor đủ độ nhạy để đo sóng nhỏ, phần việc mơ rời rạc tín hiệu Giảm thiểu sai số này, cần giả thiết số phần tử đầu dị tăng lên tới vơ Formatted: Indent: First line: 0" Kết luận: Trường áp suất âm tạo từ đầu dò chuyển đổi áp điện mơ thơng qua phương trình mơ tả giao thoa từ sóng âm nguồn điểm phương pháp số Để chứng minh tính đắn phương pháp, luận văn đưa số hình ảnh trực quan trường phân bố áp suất âm đầu dò đơn thể dạng cầu lõm Formatted: Indent: First line: 0" Đường kính hội tụ theo trục X phụ thuộc vào bước sóng đầu dị Khi bước sóng nhỏ đường kính hội tụ theo trục X hẹp Đường kính hội tụ theo trục Y phụ thuộc vào bước sóng tỉ lệ kích thước đầu dị so với bán kính mặt lõm Kích thước đầu dị lớn, đường kính hội tụ theo trục Y nhỏ Miền quan sát X, Y không ảnh hưởng tới miền hội tu Tuy nhiên mở rộng miền qua sát, quan sát toàn miền hội tụ miền lân cận Giá trị theo thực tế đầu dò Olympus FWHM theo X = 0.043 inch 1.09 mm, FWHM theo Y = 3.43 inch 84 mm Phân bố áp suất âm lớn P = 80 Pa focal Distance = 80mm Giá trị theo mô FWHM theo X = 1.05 mm, FWHM theo Y = 83 mm Phân bố áp suất âm lớn P = 80 Pa focal Distance = 80mm Giá trị theo mô FWHM = 1.05 mm, Phân bố áp suất âm lớn P = 80 Pa focal Distance = 80mm Giá trị theo thực tế FWHM = 1.09 mm, Phân bố áp suất âm lớn P = 80 Pa focal Distance = 80mmSai số phép đo: FWHM theo trục X = (1.09 – 1.05)/ 1.05 = 3.8% Formatted: Font: (Default) Times New Roman, 13 pt Formatted: Left, Indent: First line: 0", Space Before: pt Formatted: Italian (Italy) Formatted: Indent: First line: 0" Formatted: Italian (Italy) Formatted: Italian (Italy) FWHM theo trục Y = (84 – 83)/ 83 = 1.2% 66 Formatted: Italian (Italy) Cũng từ cách tiếp cận này, phương pháp mơ xem công cụ khảo sát đáp ứng đầu dị chuyển đổi áp điện thương mại dựa hình ảnh trực quan phân bố áp suất âm Cũng vậy, cơng cụ có thẻ xem cơng cụ thiết kế đầu dị áp điện cho ứng dụng chuyên biệt Formatted: Indent: First line: 0" Formatted: Indent: First line: 0" Formatted: Indent: First line: 0" Tài liệu tham khảo 67 http://www.olympus-ims.com/en/ultrasonictransducers/immersion/#!cms[tab]=%2Fpanametrics-ndtultrasonic%2Fimmersion%2Flarge-diameter https://en.wikipedia.org/wiki/Full_width_at_half_maximum Galton Francis,Inquiries into Human Faculty and Its Development, Macmillan, London,1883 Emmanuel P Papadakis,Ultrasonic Instruments & Devices, Academic Press, San Diego, California, 1999 Jacques and Pierre Curie, Développement par compression de l’électricitépolairedans les cristauxhémièdres faces inclines, Bulletin de la Sociétéminérologique de France, (1880), 90-93 Heinrich Kuttruff, Acoustics: An Introduction, Taylor & Francis, London, 2007 Yufeng Zhou, Liang Zhai, Rebecca Simmons, and Pei Zhong, Measurement of high intensity focused ultrasound fields by a fiber optic probe hydrophone, J Acoust Soc Am, 120 (2), 2006, 676-685 T Boutkedjirt, R Reibold, Improvement of thelateral resolution of finite-size hydrophones bydeconvolution, Ultrasonics, 38 (2000), 745-748 Masaki Kobayashi, TakafumiKasamatsu, Yukihiro Shibuya and Masaru Enomoto, Optical Visualization of Ultrasound Pressure Fields in Turbid Media Based on Coherent Detection Imaging Technique, Jpn J Appl Phys.,45(1), 2006, 1836-1840 10 Richard Feynman, Lectures in Physics, Volume 1, Addison, London, 1969 11 J A Johnson, Numerical calculations of ultrasonic fields I: Transducer near fields, Journal of Nondestructive Evaluation, 1982, 3(1), 25-35 Formatted: Default Paragraph Font, Font: (Default) +Body (Calibri), 11 pt, English (U.K.) Formatted: Default Paragraph Font, Font: (Default) +Body (Calibri), 11 pt, English (U.K.) Formatted: Font: English (U.K.) Formatted: Default Paragraph Font, Font: (Default) +Body (Calibri), 11 pt, English (U.K.) Formatted: Font: Formatted: Font: English (U.K.) Formatted: Font: English (U.K.) Formatted: Font: Formatted: Font: French (France) Formatted: Font: English (U.K.) Formatted: Font: Formatted: Font: English (U.K.) Formatted: Font: Formatted: English (U.K.) Formatted: Font: Formatted: Font: English (U.K.) Formatted: Font: English (U.K.) Formatted: Default Paragraph Font, Font: (Default) +Body (Calibri), 11 pt, English (U.K.) Formatted: Default Paragraph Font, Font: (Default) +Body (Calibri), 11 pt, English (U.K.) Formatted: Default Paragraph Font, Font: (Default) +Body (Calibri), 11 pt, English (U.K.) Formatted: Font: English (U.K.) 68 ... tính tốn mảng số liệu chiều, chiều khơng gian chiều lại giá trị áp suất âm tính theo cơng thức (3. 3) Vì vậy, để việc biểu diễn trường áp suất âm dễ dàng, công thức (3. 3) áp dụng cho mặt phẳng... người ta gọi trường phân bố áp suất âm có phát sóng dạng tia Hình 1.16 mơ tả đường bao phân bố áp suất âm tia siêu âm phát từ đầu dò siêu âm cấu tạo dạng phẳng Như hình vẽ mơ tả, áp suất âm có biên... dị áp điện mà có chứa tâm đầu chuyển đổi Như vậy, trường số liệu mảng chiều bao gồm chiều biểu diễn vị trí điểm thuộc mặt mặt phẳng chọn chiều lại giá trị áp suất âm điểm Phân bố áp suất âm đầu