Piezoelektryczno-optyczne urządzenie do tworzenia obrazów impedancji i tłumienia akustycznego

Zespół:

Istota wynalazku

W pracy magisterskiej wykonanej w 2009 roku na Wydziale Fizyki PW wykazano, że diody elektroluminescencyjne emitują impulsy świetlne pod wpływem impulsów akustycznych (Cecylia Brandt - "Modulacja promieniowania diody elektroluminescencyjnej wywołana akustyczną falą powierzchniową"). Praca ta oraz wykorzystujący badane zjawisko wynalazek ( C. Brandt, I. Gronowska - " Sposób modulacji światła i modulator światła", P-387867 z dnia 23.04.2009) stały się podstawą do dalszych badań. W następnej pracy magisterskiej z tej dziedziny, wykonanej na Wydziale Fizyki PW (Karol Dulny - "Badanie struktur diod elektroluminescencyjnych zwartych akustycznie z podłożem piezoelektrycznym") wykazane zostało, że efekt świecenia diod pod wpływem impulsów akustycznych jest zwiększony, jeżeli strukturę diody LED (dioda elektroluminescencyjna bez obudowy) umieści się na podłożu z materiału piezoelektrycznego. Otrzymuje się impulsy świetlne o znacznie większej amplitudzie. Korzystne jest stosowanie fal z zakresu ultradźwięków. Wyniki wymienionej pracy wykorzystane zostały między innymi w opisie patentowym P-400029 z dnia 18.07.2012.
Istota wynalazku (P-400029) polega na wykorzystaniu mozaiki struktur LED umieszczonych na podłożu z materiału piezoelektrycznego do badania niejednorodności materiałów. Może to być materiał zawierający niewidoczne z zewnątrz wady, defekty, pęknięcia, różnice gęstości. Jeżeli płytkę z ceramiki piezoelektrycznej z zamontowanymi strukturami LED złączymy z badanym materiałem w taki sposób, aby poprzez ten materiał mogła przechodzić fala akustyczna, to następnie będzie oddziaływała z płytką i diodami LED. Źródłem fal jest przetwornik piezoelektryczny, emitujący krótkie impulsy akustyczne. Przetwornik piezoelektryczny umieszczony jest po przeciwnej stronie badanego materiału niż płytka ze strukturami diod LED. Pod wpływem impulsów akustycznych diody będą emitowały impulsy świetlne. Amplituda impulsów świetlnych będzie się różniła w zależności od lokalnych własności materiału, przez który przeszła fala akustyczna. Możliwy jest nawet zanik impulsów świetlnych w pewnym obszarze, jeżeli fala akustyczna zostanie silnie stłumiona przez niejednorodny materiał, lub materiał z nieciągłościami. Powierzchnia przetwornika powinna być równa powierzchni płytki piezoelektrycznej ze strukturami LED. Korzystne jest stosowanie przetworników piezoelektrycznych pracujących w zakresie ultradźwięków.

Korzyści z zastosowania wynalazku

Piezoelektryczno-optyczne urządzenie do tworzenia obrazów impedancji i tłumienia akustycznego umożliwia wizualizację pól akustycznych (ultradźwiękowych). Może być wykorzystywane w sposób następujący:
1. do badania wad materiałów zawierających niewidoczne z zewnątrz obce wtrącenia, pęknięcia,
2. do wykrywania naprężeń w badanym materiale,
3. do badania tłumienia fali akustycznej w badanym materiale,
4. do badania struktur warstwowych - wykrywanie rozwarstwień,
5. do badanie struktur biologicznych - wykrywanie złamań kości.
ad 5. Urządzenie może zastąpić aparaty rentgenowskie do wykrywania złamań, zwłaszcza kończyn. Może być wyposażeniem karetek pogotowia, przenośnym sprzętem służb ratowniczych, może mieć zastosowanie w weterynarii. Pozwoli zmniejszyć zakres stosowania, szkodliwego dla organizmów żywych, promieniowania rentgenowskiego.

Potencjał komercjalizacyjny

1. Wynalazek może stanowić podstawę do konstrukcji nowego typu przyrządu, akustyczno-optycznego do zastosowań przemysłowych, naukowych i medycznych.
2. W badaniach naukowych i przemysłowych będzie to urządzenie umożliwiające wizualizację pól akustycznych (ultradźwiękowych). Przyrząd będzie zawierał nadajnik ultradźwiękowy i odbiornik optoelektroniczny. Polska ma osiągnięcia w budowie aparatury ultradźwiękowej i nawiązanie współpracy z krajową firmą o takim profilu jest możliwe. Optoelektroniczny układ odbiorczy urządzenia może być również realizowany we współpracy z polskimi firmami. Nawiązany został kontakt z firmą POLAM-ELTA, która nieodpłatnie przekazała struktury LED do badań oraz również nieodpłatnie wykonała montaż tych struktur do podłoża. Dalsza współpraca z firmą POLAM-ELTA jest możliwa i zapowiada się bardzo korzystnie.
2. Wynalazek może przyczynić się do budowy przenośnego sprzętu medycznego, zastępującego w pewnym zakresie aparaty rentgenowskie. Jako partnerzy wskazani są konstruktorzy aparatury medycznej, ultradźwiękowej oraz optoelektronicznej. Spodziewana jest również współpraca z firmą POLA-ELTA.