أصبحت محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية ممكنة من خلال اكتشاف الكهرباء الانضغاطية في الكوارتز بواسطة بيير وجاك كوري في عام 1880. الكهرباء الانضغاطية هي خاصية قابلة للعكس لبعض المواد البلورية التي ينتج بواسطتها الاهتزاز المطبق على الوجوه المقابلة من البلورة شحنة كهربائية متناوبة عبر البلورة، في حين أن الجهد المتناوب المطبق عبر البلورة يتسبب في اهتزازها في السماكة.
تحويلات الطاقة بالموجات فوق الصوتية
- يمكن فهم الآلية المجهرية للكهرباء الانضغاطية من خلال تصور المادة كمجموعة من ثنائيات الأقطاب الكهربائية الموجهة بشكل عشوائي.
- تعمل القوة المطبقة على تشويه البلورة، مما يؤدي إلى ترتيب ثنائيات الأقطاب التي تؤدي إلى شحنة صافية عبر البلورة.
- على العكس من ذلك، فإن فرق الجهد المطبق عبر البلورة سيغير ترتيب ثنائيات القطب وبالتالي ينتج تشوهًا كبيرًا للبلورة.
- تم تصنيع محولات الطاقة المستخدمة في التصوير التشخيصي بشكل تقليدي باستخدام تيتانات الزركونات المصنوعة من الرصاص والفيروكهربائي والتي يشار إليها عادةً بالاختصار PZT، من الأحرف الأولى من الرموز الكيميائية للرصاص والزركونيوم والتيتانيوم.
- يوفر PZT كفاءة اقتران كهربائية إلى ميكانيكية عالية نسبيًا بتكلفة منخفضة.
- العديد من محولات الطاقة الحديثة هي مركبات من PZT وبوليمر غير كهرضغطية.
- تتميز المواد المركبة بمقاومة صوتية أقل من PZT التقليدية، مما يحسن الاقتران الصوتي في الأنسجة ويزيد من عرض النطاق الترددي للمحول. لذلك، يتم تفضيل المواد المركبة الآن للأنظمة السريرية المتطورة، حيث يوجد قلق أقل بشأن تكلفة محول الطاقة.
- يتم تحسين عرض النطاق الترددي وحساسية محول الطاقة عن طريق وضع بلورة كهرضغطية بين طبقة دعم وطبقة مطابقة.
- الغرض من طبقة الدعم هو امتصاص الموجات فوق الصوتية المشعة من الوجه الخلفي للبلورة وتثبيط الصدى داخل البلورة.
- تعمل الطبقة المطابقة الملتصقة بالوجه الأمامي للبلورة، على تقليل معامل الانعكاس بين محول الطاقة والأنسجة وبالتالي زيادة حساسية محول الطاقة تجاه الصدى الضعيف.
- يحدد عرض النطاق الترددي للمحول طول النبضة المرسلة ومن ثم الدقة المحورية (أي على طول اتجاه الحزمة) لنظام التصوير.
