超聲波換能器及其常見結(jié)構(gòu)

時間：2024/12/20

　　1.什么是超聲波換能器(Ultrasonic Transducer)：

　　超聲波換能器是一種能夠發(fā)射和接收超聲波的裝置。傳輸時，它以超聲波的形式將電能轉(zhuǎn)換為機械能。接收時，它將機械能轉(zhuǎn)化為電能。超聲波換能器被廣泛用于無損檢測、物體檢測、距離測定和流量測量。下圖顯示了常見的超聲波換能器的基本結(jié)構(gòu)。

　　2.壓電元件 (Piezoelectric element)：

　　壓電元件由壓電材料制成，當(dāng)受到機械應(yīng)力時會產(chǎn)生電荷，當(dāng)在材料上施加電場時會改變尺寸。壓電材料可分為以下幾類：

　　(1)單晶材料(如石英)

　　(2)壓電陶瓷(如鋯鈦酸鉛，PZTs)

　　(3)壓電半導(dǎo)體(如ZnO2)

　　(4) 聚合物(例如聚偏二氟乙烯，PVDF)

　　(5)壓電復(fù)合材料

　　(6)玻璃陶瓷(例如 Li2Si2O5 和 Ba2TiSiO6)

　　3. 匹配層(Matching)：

　　有時稱為聲窗或耐磨板，通常由塑料或環(huán)氧樹脂材料制成。當(dāng)仔細選擇材料和厚度時，它有助于保護壓電元件免受環(huán)境影響，并改善從換能器到介質(zhì)的聲能穿透。

　　4.背襯(Backing)：

　　背襯通常由環(huán)氧樹脂混合微小的固體顆粒制成，具有很強的衰減性。其聲阻抗優(yōu)選與壓電元件的聲阻抗相匹配，從而可以吸收向后發(fā)射的聲波并獲得更好的距離分辨率。如果背襯不能有效工作，則換能器可能由于波形持續(xù)時間較長而具有較低的分辨率，但信號強度可能較高或靈敏度較高。

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