Transducteur

Aspects théoriques

Le champ ultrasonore

En échographie Doppler, l’objectif n’est pas d’utiliser une simple onde longitudinale, mais plutôt un faisceau ultrasonore aussi fin que possible sur toute la profondeur de mesure. La géométrie du champ acoustique est gouvernée par le diamètre D de l’émetteur et la longueur d’onde λ des ondes ultrasonores, qui correspond au rapport entre la vitesse du son dans le milieu analysé et la fréquence d’émission. La forme typique du champ ultrasonore est illustrée dans les figures ci-dessous, qui montrent deux zones particulières.

Faisceau ultrasonore typique montrant les zones de champ proche et champ lointain
Équation de la longueur du champ proche du transducteur ultrasonore

Le champ proche

La région située à proximité de la surface du transducteur est appelée champ proche. Dans cette zone, le champ acoustique est essentiellement cylindrique, avec un diamètre légèrement inférieur à celui de l’émetteur. L’intensité des ondes acoustiques oscille le long de l’axe du transducteur. Si les distances entre ces oscillations sont beaucoup plus petites que les dimensions des volumes mesurés, elles n’affectent pas significativement les mesures Doppler.

Cependant, si la longueur du champ proche est importante, les oscillations des ondes acoustiques peuvent influencer les mesures. Il est donc généralement déconseillé d’effectuer des mesures trop près du transducteur dans ce cas. La longueur du champ proche est définie par la position du dernier maximum de l’intensité acoustique.

Le champ lointain

La région au-delà du champ proche est appelée champ lointain. Dans cette zone, l’intensité des ondes acoustiques le long de l’axe diminue approximativement selon l’inverse du carré de la distance au transducteur, et de petites oscillations radiales apparaissent. La majeure partie de l’énergie acoustique est contenue dans un cône, dont le demi-angle θ est caractérisé par l’équation ci-dessous.

Équation de la divergence du faisceau ultrasonore
Abaque de divergence du faisceau ultrasonore selon diamètre et fréquence

La divergence du faisceau ultrasonore dépend du diamètre de l’élément piézoélectrique et de la fréquence d’émission. Un compromis entre ces deux paramètres est généralement nécessaire pour obtenir le faisceau le plus fin possible à une distance donnée. L’abaque ci-dessus montre le demi-angle théorique θ pour une vitesse du son de 1500 m/s (eau) en fonction du diamètre du piézo et de la fréquence. Notez qu’une fréquence plus élevée améliore la résolution axiale, mais peut également augmenter l’atténuation des ondes ultrasonores.

Considérations pratiques

Les équations et courbes ci-dessus sont basées sur le calcul de la pression acoustique en des points spécifiques du champ. La vélocimétrie Doppler ultrasonore (UDV) analyse l’énergie rétrodiffusée, ce qui signifie que la pression acoustique en un point ne suffit pas à elle seule à définir le volume d’échantillonnage.

La largeur du volume d’échantillonnage peut être déterminée en mesurant l’intensité d’un écho généré par une petite cible sphérique. Ces mesures sont disponibles pour tous nos transducteurs et sont présentées dans le guide de sélection des transducteurs.

Champ ultrasonore mesuré montrant le volume d’échantillonnage