超聲波換能器
超聲波換能器有稱探頭，它是實(shí)現(xiàn)超聲波發(fā)射和接收的器件，目前應(yīng)用最廣泛的換能器是電-聲換能器，常見的是壓電晶體換能器，其原理如圖3-17所示。它是根據(jù)“壓電效應(yīng)”和“逆壓電效應(yīng)”原理實(shí)現(xiàn)電能-超聲能的相互轉(zhuǎn)換的。當(dāng)外力作用于晶體端面時(shí)，在其相對的兩個(gè)面商便產(chǎn)生異性電荷。用導(dǎo)線將兩端面上的電極連接起來，就會(huì)有電流流過。當(dāng)外力消失時(shí)，被中和的電荷有會(huì)立即分開，形成與原來相反的電流。若作用于晶體端面上的外力是交變的，這樣，一松一壓就可以產(chǎn)生交變電場。反之，將交變電壓加在晶體端面的電極上，便會(huì)沿著晶體厚度方向產(chǎn)生與所加變電壓同頻率的機(jī)械振動(dòng)，向附近介質(zhì)發(fā)射聲波。
換能器的核心是壓電晶體片，根據(jù)不同的需要，壓電晶體片的振動(dòng)方式有很多，如薄片的厚度振動(dòng)、縱片的長度振動(dòng)、橫片的長度振動(dòng)、圓片的徑向振動(dòng)、圓管的厚度、長度、徑向和扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)、彎曲振動(dòng)等，其中以薄片厚度振動(dòng)用得最多。由于壓電晶體本身較脆，并因各種絕緣、密封、防腐蝕、阻抗匹配及防護(hù)不良環(huán)境的要求，壓電元件往往裝以殼體之內(nèi)而構(gòu)成探頭。超聲波換能器的探頭常用結(jié)構(gòu)，如圖3-18所示。該換能器探頭結(jié)構(gòu)，其振動(dòng)頻率在幾百千赫茲以上，采用厚度振動(dòng)的壓電晶體片。
根據(jù)檢測原理知道，利用聲波特性，采用回聲測距的方法，測量的準(zhǔn)確性關(guān)鍵在于聲速u。由于聲波在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)的密度有關(guān)，而密度是溫度和壓力的函數(shù)，因此，當(dāng)溫度和壓力發(fā)生變化時(shí)，聲速也要發(fā)生變化，而且影響比較大，從而使得距離無法測準(zhǔn)。所以在實(shí)際測量中，必須對聲速進(jìn)行校正，以保證測量精度。