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负责超声波的接收和反射的超声波换能器

点击次数:112  发布时间:2020-11-04

超声波探头又称为超声波换能器,是完成超声波发射和接收的关键器件。它分为发射换能器和接收换能器。发射换能器将其他形式的能量转换成超声波,接收换能器是把接收到的超声波转换成其他易于测量的能量。能量的形式多种多样,因此换能器的形式也各不相同。在超声波测量中,常用的是压电换能器,其次是磁致伸缩换能器。

(1) 压电换能器

压电换能器的接收和反射是基于压电效应和逆压电效应。超声波的发射是利用压电材料的逆压电效应,将交变电压加在压电材料端面的电极上,沿着晶体厚度方向将产生与所加交变电压同频率的机械振动,向外发射声波,实现了电能与声能(机械能)的转换。超声波的接收是利用压电材料的压电效应,压电材料在受到声波声压的作用时,材料两端将会产生与声压变化同步的电荷,从而把声能(机械能)转换成电能。

压电材料可以是石英晶体、压电陶瓷、压电半导体、高分子压电材料等。根据不同的需要,压电片的振动方式有很多,如薄片的厚度振动、纵片的长度振动、圆片的径向振动、弯曲振动等。其中以薄片厚度振动用得最多。

由于压电晶体本身较脆,并因各种绝缘、密封、防腐蚀、阻抗匹配及防护不良环境要求,压电元件往往装在一壳体内而构成探头。其中球面音膜起改善阻抗匹配,提高辐射功率的作用,其振动频率在几百千赫以上,采用厚度振动的压电片。

(2) 磁致伸缩换能器

磁致伸缩换能器的接收和发射是基于磁致伸缩效应和逆磁致伸缩效应。超声波的发射是利用磁致伸缩材料的磁致伸缩效应,将磁致伸缩材料置于交变磁场中,在沿着磁场方向使它产生机械尺寸的交替变化,即机械振动,从而产生超声波。超声波的接收是利用磁致伸缩材料的逆磁致伸缩效应,磁致伸缩材料在受到声波声压的作用时,引起内部发生形变,产生应力,使各磁畴之间的界限发生移动,磁畴磁化强度矢量转动,从而使材料的磁化强度和磁导率发生相应的变化。在磁致伸缩材料外加一个线圈,可以把材料的磁性变化转化成为线圈电流的变化,因此可用来接收超声波。

磁致伸缩材料可以是某些铁磁材料及其合金,如镍、镍铁合金、铝铁合金、铁钴钒合金等和含锌、镍的铁氧体。不同的磁致伸缩材料在外加交变磁场时其磁致伸缩效应的大小是不同的,其中镍的磁致伸缩效应最大。

常用的磁致伸缩换能器是用厚度为0.1~0.4㎜的镍片叠加而成的,片与片之间采取绝缘措施以减少涡流电流损失。其形状有矩形、窗形等。

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