声波是一种可以在气体,液体,固体中传播的,类型机械波.根据频率,声波可分为次声波,声波和超声波.
声波频率在16Hz-20kHz之间,是人耳可以听到的机械波;次声波是频率低于16 Hz的机器,而超声波是频率高于20kHz的机械波.
超声波的特征是高频,短波长和绕射现象小.它最显着的特点是方向性好,在液体和固体中的衰减很小,穿透能力大,遇到介质界面时会产生明显的反射和折射,因此在工业上得到了广泛的应用.检测.
超声波的传播速度:超声波通常具有纵波,横波和面波,其传播速度取决于介质的弹性常数和密度.只有纵波可以在气体和液体中传播.气体中的声速为344m / s,液体中的声速为900-1900m / s.在固体中,纵波,横波和面波的声速具有一定的关系.一般而言,剪切波速度是纵向波速度的一半,而表面波速度大约是剪切波速度的90%.
当超声波在介质中传播时,随着传播距离的增加,能量逐渐衰减.能量的衰减取决于超声的扩散,散射和吸收.
使用超声波作为检测方法,它可以生成超声波并接收超声波.执行此功能的设备是超声波传感器.
超声波传感器
性能
超声波传感器的主要性能,包括;
(1)工作频率.
工作频率就是压电晶片的共振频率.当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时,输出的能量最大,灵敏度也最高.
(2)工作温度.
由于压电材料的居里点一般比较高,特别时诊断用超声波探头使用功率较小,所以工作温度比较低,可以长时间地工作而不产生失效.医疗用的超声探头的温度比较高,需要单独的制冷设备.
(3)灵敏度.
主要取决于制造晶片本身.机电耦合系数大,灵敏度高;反之,灵敏度低.
工作准则
超声波传感器按其工作准则,可分为压电式、磁致伸缩式 、电磁式等,以压电式最为常用.
压电超声波传感器
压电超声波传感器是利用压电材料的压电效应原理来工作的.常用的敏感元件材料主要有压电水晶和压电陶瓷.
根据正、逆压电效应的不同,压电超声波传感器分为发生器(发射探头)和接收器(接收探头) 两种,根据结构和使用的波型不同可分为直探头、表面波探头、兰姆波探头、可变角探头、双晶探头、聚焦探头、水浸探头、喷水探头和专用探头等.
压电超声波发生器利用逆压电效应原理振动转换成高频机械振动,从而产生超声波.当外加交变电压的频率等于压电材料的固有频率时会产生共振,此时产生的超声波最强.压电超声波传感器可以产生几十千赫到几十兆赫的高频超声波,其声强可达几十瓦每平方厘米.
压电式超声波接收器是利用正压电效应原理进行工作的.当超声波作用到压电晶片上引起晶片伸缩,在晶片的两个表面上便产生极性相反的电荷,这些电荷被转换成电压经放大后送到测量电路图,最后记录或显示出来.压电式超声波接收器的结构和超声波发生器基本相同,有时就用同一个传感器兼作发生器和接收器两种用途.
典型的压电超声波传感器结构主要由压电晶片、吸收块(阻尼块)、保护膜等组成.压电晶片多为圆板形,超声波频率与其厚度成反比.压电晶片的两面镀有银层,作为导电的极板,底面接地,上面接至引出线.为了避免传感器与被测件直接接触而磨损压电晶片,在压电晶片下粘合一层保护膜.吸收块的作用是降低压电晶片的机械品质,吸收超声波的能量.