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MEDICALE
applicazioni
Aprile 2015
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Automazione e Strumentazione
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La generazione e ricezione di onde ultrasonore
è una classica applicazione dei
componenti
piezoelettrici
in quanto tali elementi vibrano
quando una tensione alternata viene applicata ai
loro capi (effetto piezoelettrico inverso). Vice-
versa, forniscono una tensione quando il com-
ponente viene sottoposto a una forza (effetto
diretto). In altre parole,
il medesimo elemento
piezoelettrico è in grado di convertire ener-
gia meccanica in energia elettrica e viceversa
,
rappresentando la soluzione ideale per applica-
zioni a ultrasuoni. L’effetto piezoelettrico si
basa esclusivamente su deformazioni a livello
cristallino, pertanto concetti di
attrito e usura
non si applicano
. La sensibilità è molto elevata
in quanto il componente è in grado di percepire
anche deformazioni infinitesimali, converten-
dole in una carica elettrica proporzionale, così
come deformarsi di quote
nanometriche se alimentato
da tensioni molto contenute.
Gli elementi piezoelettrici
possono quindi essere usati,
non solo come
generatori
o ricevitori
a ultrasuoni,
ma anche come
sensori e
attuatori
. Il ridotto tempo
di risposta e l’elevata dina-
mica che caratterizzano
questi elementi incentivano
la generazione di ultrasuoni.
In aggiunta, i componenti
piezoelettrici
possono
essere facilmente adattati
alle specifiche richieste
dall’applicazione, variando
la forma e la geometria e di conseguenza anche
la frequenza di risonanza dell’intera struttura
(
υ
figura 2
). Anche la composizione chimica
può essere scelta in funzione delle condizioni
di lavoro.
Ad ogni modo, in funzione dell’applicazione,
standard qualitativi molto elevati
devono
essere garantiti durante la produzione dei com-
ponenti. Questo è a maggior ragione vero nel
υ
Elementi piezoelettrici a ultrasuoni
nelle tecnologie medicali
Gianluca Poli
Gli ultrasuoni, onde sonore al di sopra del limite udibile dall’uomo fissato a 16
kHz circa, trovano largo impego in molti settori dell’ingegneria medica e nella
ricerca. Alcune applicazioni ricorrenti sono ad esempio i rilevatori di posizione
a distanza, i misuratori di livello e di flusso, i sistemi diagnostici
e terapeutici. In tutte queste strutture gli elementi piezoelettrici
giocano spesso un ruolo chiave, come nel caso dei nuovi sistemi
wireless per il monitoraggio fetale e della madre durante la
gravidanza e il parto.
QUANDO LA QUALITÀ DELLA MISURA È UNA PRIORITÀ ESSENZIALE
Figura 1 - Questo sistema di monitoraggio fetale wireless
può registrare il battito in modalità sincrona, cioè con la
medesima intensità anche in caso di triplette
(Immagine: Philips)
Figura 2 - Molte tipologie di elementi piezoelettrici sono possibili, come ad esempio
tubi, dischi, piastrine a flessione o elementi di taglio, rendendo facile adattarli alla
specifica applicazione (Immagine: PI)
L’ AUTORE
G. Poli, Physik Instrumente (PI)
S.r.l., Bresso (MI), Italia
A FIL DI RETE
www.pionline.it