超声换能器的分类V1.4

简单了解超声波换能器的作⽤超声波换能器是⼀种能把⾼频电能转化为机械能的装置，材料的压电效应将电信号转换为机械振动。

超声波换能器是⼀种能量转换器件，它的功能是将输⼊的电功率转换成机械功率（即超声波）再传递出去，⽽⾃⾝消耗很少的⼀部分功率。

⼀、超声波换能器的⼯作原理：在总结超声波焊接机换能器的种类之前，我们先来了解⼀下超声波换能器的⼯作原理：超声波换能器是由锆钛酸铅压电陶瓷材料制造的夹芯式构件组成，通常在超声波焊接头处就会有⼀组超声波换能器。

超声波换能器主要功能是实现声能、电能、机械能的能量转换。

⼆、超声波换能器的作⽤：超声波换能器的作⽤主要表现在能量转化上，主要通过超声波换能器把超声波能量集中，然后转化到超声波模具及焊接头上。

三、超声波换能器的种类：超声波换能器的分类⽅式有多种多样，常见的有：1.按照换能器的振动模式，可分为剪切振动换能器、扭转振动换能器、纵向振动换能器、弯曲振动换能器等。

2.按照换能器的⼯作状态，可分为接收型超声换能器、发射型超声换能器和收发两⽤型超声换能器。

3.按照换能器的⼯作介质，可分为液体换能器、固体换能器以及⽓介超声换能器等。

4.按照换能器的输⼊功率和⼯作信号，可分为检测超声换能器、脉冲信号换能器、功率超声换能器、连续波信号换能器、调制信号换能器等。

5.按照换能器的形状，可分为圆柱型换能器、棒状换能器、圆盘型换能器、复合型超声换能器及球形换能器等。

6.按照能量转换的机理和所⽤的换能材料，可分为电磁声换能器、静电换能器、机械型超声换能器、磁致伸缩换能器、压电换能器等。

德召尼克（常州）焊接科技有限公司是⼀家在江苏常州注册的企业，以超声波焊接，振动摩擦焊接，激光塑料焊接应⽤为核⼼，⾮标⾃动化设备研发设计为依托的⾼科技企业。

⽬前公司主要业务领域涉⾜：电声⾏业，汽车⾏业、医疗⾏业，净⽔⾏业等不同领域。

公司秉承以科技为先导、以品质和效益为中⼼、以技术创新为推动⼒，致⼒于为客户提供先进的超声波，振动摩擦，激光等焊接领域的技术开发与研究，主要涉及产品包括：超声波塑料焊接、超声波⾦属焊接、振动摩擦焊接，激光塑料焊接系统、以及相应焊头、模具的设计和制造，⾮标⾃动化系统设备集成。

造频于 及宽晶 发还片 射 决 旳 22
(三)高频信号放大电路
换能器发出脉冲波后，即接受其来自人体内
旳超声回波并将它转换为高频电信号，继而经
过高频信号放大电路放大。
为取得足够旳敏捷度与保真 度，高频信号放大电路应足够 大增益和带宽。并根据不同需 要，在高频信号放大电路中设 有TGC。
电非前电 路线置路 等性放构 构放大成 成大、： 。旳高保
通电后旳电子枪灯丝，在高压电场作用 下，发射出电子，经控制极和阳极旳作用， 集成一束。控制极旳电压一般负于阴极， 对阴极电子流旳大小进行控制，显示管旳 亮度调整就是变化这个电压。阳极电压用 来控制电子流(或称电子束)旳粗细，故亦
称为聚焦阳极。
2024/9/21
28
2、偏转系统
使电子束在x方向和y方向发生偏转，从而 控制光点在荧光屏上旳位置。
2024/9/21
43
(一)多普勒频谱分析
利用数学旳措施对多普勒信号旳频率、振幅及其
随时间而变化旳过程进行实时分析旳一种技术。
在多普勒超声中，实时频谱分析旳措施 主要采用迅速富立叶转换，该转换是利用计 算机技术对一种复杂信号进行实时频谱分析， 经过分析后，就能鉴别信号中旳多种频率移 动和这些频移信号旳有关流向，将复杂旳混 合信号分解为单个旳频率元素，最终形成实 时显示旳血流频谱。
35
二、Ｍ型超声诊疗仪
将沿声束方向各反射点位移随时间变化而显示， 是一种以光点亮度来表达反射声信号强弱旳仪 器。
超普同常胎内
声勒步与心旳
Байду номын сангаас
心等加Ｂ旳运Ｍ
动，上型搏动型
仪制心联动器对
。成电合尤，探
多图使其如查
参、用有心人

超声波换能器的参数及工作方式类型超声波换能器是一种能够将电能转换为超声波能量的装置。

它由压电材料组成，通过电场的作用使材料发生压缩和膨胀，从而产生超声波。

本文将从超声波换能器的参数和工作方式类型两个方面对其进行详细介绍。

一、超声波换能器的参数超声波换能器的参数对其性能和应用有着重要影响，主要包括频率、振幅、工作电压和灵敏度等。

1. 频率：超声波换能器的频率通常指的是压电材料的固有频率，即在不加电场的情况下，材料自身振动的频率。

超声波换能器的频率范围很广，从几十千赫兹到几百兆赫兹不等，可以根据具体应用需求选择适当的频率。

2. 振幅：超声波换能器的振幅是指材料在电场刺激下产生的最大机械振幅。

振幅的大小与换能器的尺寸、材料性质和工作电压等因素相关，通常通过调节工作电压来控制振幅的大小。

3. 工作电压：工作电压是指施加在超声波换能器上的电压，通过改变电压的大小和频率可以控制超声波的产生和输出。

工作电压的选择要考虑到换能器的耐受能力和应用需求。

4. 灵敏度：超声波换能器的灵敏度是指它对输入信号的敏感程度。

灵敏度越高，换能器对输入信号的响应越快速、准确。

灵敏度的大小与换能器的材料性质和结构设计等因素密切相关。

二、超声波换能器的工作方式类型根据超声波换能器的工作方式不同，可以将其分为压电式、磁电式和电动力式三种类型。

1. 压电式超声波换能器：压电式超声波换能器是应用最广泛的一种类型。

它利用压电效应将电能转化为机械能，通过电场的作用使压电材料发生压缩和膨胀，从而产生超声波。

压电式超声波换能器具有频率范围广、振幅大、能量转换效率高等优势，被广泛应用于医学成像、无损检测、清洗和声纳等领域。

2. 磁电式超声波换能器：磁电式超声波换能器利用磁电效应将电能转化为机械能。

它通过电磁场的作用使磁电材料发生形变，从而产生超声波。

磁电式超声波换能器具有振幅大、频率稳定等特点，适用于高功率和高频率的应用。

3. 电动力式超声波换能器：电动力式超声波换能器是一种利用电动力效应将电能转化为机械能的装置。

因此，可以认为E、D、T和S四个量都平行于厚度方向，且垂 直于表面。
材料仅作厚度振动，参量仅在厚度方向时的压电方程
S = （1/YE ）T+dE
①
D = dT+εTE
②
式中：YE－电场不变时的杨氏模量
D－电位移 E－电场强度 S －应变 T －应力 εT －应力不变时的介电常数 d －压电常数
定义换能器特性的坐标系统
r0
4a2 2 4
D2 2 4
式中，D=2a——压电体直径，如a>>λ，则
声学上称：
r0
a2
① r < r0——近场区 ② r > r0——远场区
（4）轴向声强分布特点
① 近场区：声强轴向起伏分布，但平均强度不变 ② 远场区：声强轴向单调衰减，I ∝1／r2
二、径向声场分布（r=定值, θ可变）
证明：
∵ sin 1 c透 sin 2 c人
c 透 > c人，θ1,θ2<90o
∴ θ1>θ2
3. 单元探头的设计
三、常用多元探头
多元探头是将n个振元排列成某种阵列，应用电子技术， 以某种逻辑程序，使声束在空间不同方位上进行扫描，从而 显示出组织的图象。
根据振元在 空间上的排列以 及声束的形成方 式，可分为线列 阵、相控阵和方 阵。
T= －YEd E=－(dYE)V/L
E=V/L，P=－T
即：应力T正比于加的电压V
d/g =εT
（3）加压力P，开路（D=0）时，由②式得：
V= －dT(L/εT)=(d /εT)LP = gLP
即：产生电压V正比于加的压力P
（4）加压力P，短路（E=0）时，因D=q/A，由②式得：

超声波换能器原理知识大普及在对超声波焊接机、超声波清洗机等设备的了解过程中，都会看到超声波换能器的身影，那么超声波换能器究竟是个什么设备呢?它主要完成哪些功能呢?又是利用什么原理来完成的呢?接下来就让小编带您一探究竟！一、超声波换能器简介超声波换能器，英文名称为Ultrasonictransducer，是一种将高频电能转换为机械能的能量转换器件。

其常被用于超声波清洗机、超声波焊接机、三氯机、气相机等设备中，在农业、工业、生活、交通运输、军事、医疗等领域内都得到了广泛的应用。

超声波换能器二、超声波换能器结构超声波换能器主要包括外壳、声窗(匹配层)、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出电缆、Cymbal阵列接收器等几大部分构成。

其中，压电陶瓷圆盘换能器起到的作用和一般的换能器相同，主要用于发射并接受超声波;而在压电陶瓷圆盘换能器的上面是Cymbal阵列接收器，主要由引出电缆、Cymbal换能器、金属圆环和橡胶垫圈组成，用作超声波接收器，接受压电陶瓷圆盘换能器频带外产生的多普勒回拨信号。

超声波换能器结构三、超声波换能器原理超声波换能器，其实就是频率与其谐振频率相同的压电陶瓷，利用的是材料的压电效应将电能转换为机械振动。

一般情况下，先由超声波发生器产生超声波，经超声波换能器将其转换为机械振动，再经超声波导出装置、超声波接收装置便可产生超声波。

超声波换能器原理四、超声波换能器应用(1)超声波清洗机利用超声波在清洗液中不断地进行传播来清洗物体上的污垢，其超声波振动频率便是由超声波换能器决定的，可根据清洗物来设定不同的频率以达到清洗的目的。

(2)超声波焊接机利用超声波换能器产生超声波振动，振动产生摩擦使得焊区局部熔化进而接合在一起。

(3)超声波马达中并不含有超声波换能器，只是将其定子近似为换能器，利用逆压电效应产生超声波振动，通过定子与转子的摩擦进而带动转子转动。

(4)超声波减肥利用超声波换能器产生机械振动，将脂肪细胞振碎并排出体外，进而达到减肥的效果。

超声波换能器是将超声波发生器输出的电能，或者磁能转换成相同频率的机械振动。

目前有两种类型，一种是磁致伸缩型换能器，另一种是压电陶瓷换能器。

一、分类1、磁致伸缩式换能器，由于效率低，性价比不高，需外加直流极化磁场，因此目前已经很少使用。

2、压电陶瓷换能器基本原理是建立在晶体材料的压电效应基础上的，这种材料为压电晶体材料，在超声焊接机主要用的是压电陶瓷产量。

这种材料在成熟外地发生形变时，在压电陶瓷晶体表面，会出现电荷，晶体内部产生电场。

反之，当晶体呈受外电场作用时，金片会发生形变，这种现状称之为压电效应。

超声波换能器是超声振动系统的核心部件，超声波换能器设计的好坏，关系到焊接机工作的效率，稳定性及寿命等，在市场上采用大部分的压电陶瓷换能器。

二、发热故障原因介绍完了超声波换能器的类型，下面我们来给大家简单说一下超声波换能器使用时会发热的问题。

超声波换能器发热，主要是由两个原因引起的。

1、被焊工件会发热或被超声波处理的物质会发热，或超声波模具（工具头）、变幅杆长时间工作会发热，这些热量都会传递到换能器上。

2、换能器本身的功率损耗，既然做不到能量转换效率100%，损耗的那部分能量必然转换成热量。

温升会导致换能器参数变化，逐渐偏移匹配状态，更严重的是温升会导致压电陶瓷晶片性能的劣化。

这反过来又促使换能器工作状态更坏，更快地升温，这是一个恶性循环。

所以我们必须给以换能器良好的冷却条件，一般是常温风冷。

杭州成功超声设备有限公司创立于1995年，是国内从事超声应用研究、大功率超声波换能器开发与生产的专业厂商及国家高新技术企业。

公司主要产品有换能器、超声驱动电源等。

这些产品作为功率超声应用行业的核心关键部件广泛应用于声化学、塑料焊接、金属焊接、橡胶切割、无纺布焊接等领域。

超声波换能器是一种能量转换器件，它的功能是将输入的电功率转换成机械功率（即超声波）再传递出去，而它自身消耗很少一部分功率（小于10%）。

所以，使用超声波换能器最主要考虑的问题就是与输入输出端的匹配，其次是机械安装和配合尺寸。

超声波换能器分类：1、柱型2、倒喇叭型3、钢后盖型4、中间夹铝片型主要适用于超声波塑料焊接机、超声波切割刀、超声波金属焊接机，超声波清洗机，超声波声化学设备等。

超声波换能器在合适的电场激励下能发生有规律的振动，其振幅一般10μm左右，这样的振幅要直接完成焊接和加工工序是不够的。

连上通过合理设计的变幅杆后，超声波的振幅可以在很大的范围内变化，只要材料强度足够，振幅可以超过100μm。

因加工方式和要求不同，换能器的工作方式大致可分为连续工作（如花边机，CD机，清洗机，拉链机）和脉冲工作（如塑料焊机），不同的工作方式对换能器的要求是不同的。

一般而言，连续式工作几乎没有停顿时间，但工作电流不是很大，脉冲工作是间歇的，有停顿，但瞬间电流很大。

平均而言，二种状态的功率都是很大的。

使用超声波换能器最主要考虑的问题就是与输入输出端的匹配，其次是机械安装和配合尺寸。

换能器的频率相对而言还比较直观些。

该频率是指用频率（函数）发生器，毫伏表，示波器等通过传输线路法测得的频率，或用网络阻抗分析仪等类似仪表测得的频率。

一般通称小信号频率。

与它相对应的是上机频率，即客户将换能器通过电缆连到机箱上，通电后空载或有载时测得的实际工作频率。

因客户匹配电路各不相同，同样的换能器在不同的驱动电源（电箱）表现出来的频率是不同的，这样的频率不能作为交流讨论的依据。

让换能器和驱动电源、模具良好配合以形成一台完整的超声波设备可以简称为匹配。

由于匹配对整机性能的影响是决定性的，无论怎样强调匹配的重要性都不为过。

匹配最主要考虑的因素是换能器的电容量，其次是换能器的频率。

换能器与驱动电源的匹配主要有4个方面，即阻抗匹配、频率匹配、功率匹配、容抗匹配。

第三章医⽤超声换能器第三章医⽤超声换能器应⽤超声波进⾏诊断时，⾸先要解决的问题是如何发射和接收超声波，通过使⽤超声换能器可以解决这个问题。

⽬前医学超声设备⼤多采⽤声电换能器来实现超声波的发射与接收。

声电换能器按⼯作原理分为两⼤类，即电场式和磁场式。

电场式中，利⽤电场所产⽣的各种⼒效应来实现声电能量的相互转换，其内部储能元件是电容，它⼜分为压电式、电致伸缩式、电容式。

磁场式中，是借助磁场的⼒效应实现声电能量的互相转换，内部储能元件是电感，它⼜分为电动式、电磁式、磁致伸缩式。

在医学超声⼯程中，使⽤的最多的是压电式超声换能器。

§3.1 压电效应与压电材料特性⼀、压电效应压电效应是法国物理学家Pierre Curie 和Jacqnes Curie 兄弟于1880年发现的。

图3-1 压电效应⽰意图对某些单晶体或多晶体电介质，如⽯英晶体、陶瓷、⾼分⼦聚合材料等，当沿着⼀定⽅向对其施加机械⼒⽽使它变形时，内部就产⽣极化现象，同时在它的两个对应表⾯上便产⽣符号相反的等量电荷，并且电荷密度与机械⼒⼤⼩成⽐例；⽽且当外⼒取消后，电荷也消失，⼜重新恢复不带电状态，这种现象称为正压电效应，如图3-1。

当作⽤⼒的⽅向改变时，电荷的极性也随着改变。

相反，当在电介质的极化⽅向上施加电场(加电压)作⽤时，这些电介质晶体会在⼀定的晶轴⽅向产⽣机械变形；外加电场消失，变形也随之消失，这种现象称为逆压电效应(电致伸缩)。

如果在电介质的两⾯外加交变电场时，电介质产⽣压缩及伸张，即产⽣振动，此振动加到弹性介质上，介质亦将振动，产⽣机械波。

如外加交变电场频率⾼于20KHz，则这种波即是超声波。

超声接收换能器采⽤了正压电效应，将来⾃⼈体中的声压转变为电压。

超声波发射换能器采⽤了逆压电效应，将电压转变为声压，并向⼈体发射。

压电效应是可逆的，压电材料既具有正压电效应，⼜具有逆压电效应。

医学超声设备中，常采⽤同⼀压电换能器作为发射和接收探头，但发射与接收必须分时⼯作。

平面换能器
பைடு நூலகம்
•
• • •
• •
1．纵波换能器：发射与接收纵波 ① 平面换能器－厚度振动模式,声幅射面是平面 工作频率20K－250KHz 常用的是50KHz，主要用 于砼结构测试 ② 径向换能器（孔中换能器）径向振动模式，幅 射面是曲面,工作频率20K－60KHz, 可带前置放大 器,水密性要求达到1MPa，满足100m水深下不渗 漏，通常用于结构或基础的钻孔中或导管中测试 双孔换能器－收、发换能器分开，二孔间穿透测 试，测孔间砼质量 单孔换能器（一发双收）－收、发一体，在同一 孔中，测孔周围垂直方向的砼质量
• 考虑对声波的衰减程度：砼质量越差，强度越低， 龄期越短，对声波的衰减越大，使用频率越低
测距（cm） 10~20 20~100 100~300 300~500 ＞50
选用换能器频率(KHZ) 100~200 50~100 50 30~50 20
最小横截面尺寸（cm) 10 20 20 30 50
第二章
换能器
一、换能器的工作原理 换能器 ：能量转换的器件（探头） • 压电换能器：利用压电效应进行能量转换 • 压电效应: 正压电效应：机械能→电能 用于接收换能器 某些晶体或多晶陶瓷受到压力或拉力而产生变 形时，晶体产生极化，表面出现电荷，形成电 场，用于接收换能器 •逆压电效应：电能 → 机械能 用于发射换能器 在压电体上加一突变的脉冲电压，压电体产生 相应激烈变形，同时产生自振而发出一组声波
d45cm8cm100平面换能器指向性圆管型换能器指向性纵波换能器增压式换能器换能器径向换能器一发双收多收横波换能器斜入式工作频率20k250khz常用的是50khz主要用于砼结构测试径向换能器孔中换能器径向振动模式幅射面是曲面工作频率20k60khz可带前置放大器水密性要求达到1mpa满足100m水深下不渗漏通常用于结构或基础的钻孔中或导管中测试单孔换能器一发双收收发一体在同一孔中测孔周围垂直方向的砼质量入射角介于第一临界角与第二临界角利用压电片的厚度切变振动模式产生横波选择换能器的种类

器处于发射状态时，将电能转换成机械能，再转 换成声能。
用来接收声波的换能器称为接收器。当换 能器处于接收状态时，将声能变成机械能，再转 换成电能。
有些情况下，换能器既可以用作发射器，又 可以用作接收器，即所谓的收发两用型换能器。
一、超声换能器介绍
工作原理：
通常换能器都有一个电的储能元件和一个机械振动 系统。当换能器用作发射器时，从激励电源的输出级送 来的电振荡信号将引起换能器中电储能元件中电场或磁 场的变化，这种电场或磁场的变化通过某种效应对换能 器的机械振动系统产生一个推动力，推动与换能器机械 振动系统相接触的介质发生振动，向介质中辐射声波。
电子聚焦示意图
三、医学超声换能器结构
现以前者为例加以说明。 如图3.10所示，激励脉冲经延迟 线后激发压电材料，两边延迟时间值最小并对称、然后由两边 到中央逐渐对称地变大，中央延迟线的延迟时间值最大。因此 仿于两边的压电品片最早振动，然后依次振动，位于中央最迟 振动。这样形成的圆形波阵面，其圆心就是焦点。
二、医学超声换能器种类
单元换能器
1.按振子单元数分
多元换能器
线 阵 相控阵 方 阵
凸 阵
2.按声束特性分
聚焦换能器
一维聚焦 二维聚焦
电子聚焦 声学聚焦 电子聚焦 声学聚焦
非聚焦换能器
二、医学超声换能器种类
发射型换能器 3.按收发方式分 接收型换能器
收发兼用型换能器
圆形换能器
环形换能器
Lf=1.8λ(f/a)2 ； 其中，λ为声波波长，a为聚焦系统孔径的一半 ，f为系统焦距。
三、医学超声换能器结构
c)声反射镜 如图3-31,3-32所示的平行声束经楔形 声反射镜反射到抛物面声透镜，然后经抛物面聚焦 在它的焦点。

机械超声换能器的工作原理及其种类下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢！本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注！Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!机械超声换能器的工作原理及其种类1. 概述机械超声换能器是一种将电能与机械能相互转换的装置，广泛应用于医疗、工业和科学领域。

图1.4 电磁-声换能器在导电金属中激发超声波的基本作用原理示意图 在图1.4中，Bz为方向平行与板面的磁感应强度，Br为方向垂直与板面的磁感应强度；g为涡流的电流密度，它与输入电流方向相反。根据右手定则可确定洛伦 兹力F的方向在（a）中垂直于Bz与g的平面（垂直于板面）--激发纵波，在（b）中垂直于Br与g的平面（平行于板面）--激发横波。 根据电磁感应原理，在感应磁场B中作用于以速度V移动的电荷e上的力F（即洛伦兹力）有：F～eVB。当把通有交变电流i的线圈置于导电体上时，导电体中的 微小体积元dV中感应出以e和V确定的电流密度为g的涡电流。因此：F～gB，矢量g、B和F相互垂直且g与i反向（注意，由于交变电流存在趋肤效应，故dV应是 靠近导电体的表面）。 在接收超声波（如反射回波）时，响应于声压作用力使体积元dV在恒磁场B中振动，因此受力F’～eV’B，V’为振动速度。此力使带电质点运动产生电流密度 为g的交变电流即涡流。该涡流使配置在导电体上的检测线圈中感应产生感应电势（感应的交变电流）作为接收信号，其频率与接收到的超声波有相同的频 率，其大小则随磁场的增大而增加。
图1.2 电磁式换能器基本结构示意图 在发射声波的状态下，通以交变电流的励磁线圈将产生交变磁场，由于衔铁上的磁通量发生变化，从而对衔铁产生交变的电磁作用力，即带动振动膜片发生振 动并推动相邻的传声介质而发射声波。 在接收声波时，与衔铁相连的振动膜片受声波（声压）作用而发生振动，导致衔铁与磁铁间的间隙大小发生交变变化，这将影响到磁路中的磁阻发生交变变 化，于是磁通量发生交变变化，这将使检测线圈两端产生交变的感应电势即可作为输出信号。 常见的电磁式换能器有励磁式扬声器、耳机、拾音器和话筒等，如音响装置中的高音扬声器。 5.电磁-声换能器（又称涡流-声换能器）：利用电动力学法在导电金属中产生超声波的装置，其基本结构如图1.3所示。

超声波无损检测技术工艺 第二章 超声换能器§2.2 压电换能器§2.2.4超声检测用压电换能器的种类,结构,设计与制作工艺的考虑因素一.超声检测技术中常用压电换能器的种类在超声检测技术中应用的压电换能器是多种多样的,但最广泛应用的是厚度振动型的压电换能器(俗称探头),它受激励而产生的超声波是纵波,然后可以利用超声波的折射特性,通过适当的方法实现波型转换,把纵波转换成其他所需要的波型用于检测.此外,根据激发超声波的工作频谱,可以把探头分为宽频带(窄脉冲)探头(可窄至一周半)和窄频带脉冲探头,前者主要用于要求具有较高分辨力的超声检测,而后者则主要用于如穿透法,谐振法,声振法等的超声检测.在实际应用中,最常见的是根据探头的用途和结构特点来分类,大致上有:1.普通直探头:由单块压电晶片兼并发射与接收功能而制成的探头,其晶片多为圆形薄片,还可分为液浸法检测用的和直接接触法用的探头2.普通斜探头:由单块压电晶片兼并发射与接收功能,其晶片多为圆形,方形和矩形薄片.其上配有斜楔以改变晶片受激产生的纵波在界面上的入射角,利用超声波的折射特性产生波型转换,从而在检测介质中激发出所需要的波型.它主要用于直接接触法检测,根据所激发波型的不同,可以分为:(1)横波探头:用于对工件内部及表面缺陷的横波检测,例如检测焊缝(2)瑞利波（表面波）探头:用于对具有光洁表面的工件的表面缺陷检测,例如检测叶片表面裂纹(3)板波(兰姆波)探头:用于薄板检测(4)爬波探头:用于粗糙表面工件的近表面缺陷检测(5)可变角探头:可调整纵波入射角以探索适当波型超声波的激发条件以及调整超声波在被检介质中的折射角度此外还有如纵波斜探头及各种适应不同工件需要的专用探头.3.组合双晶探头:由两块晶片分别发射和接收超声波,晶片形状有两块半圆形(分割式),两块方形或两块矩形等.探头上配有延迟块,用以小范围改变纵波入射角以调节超声波进入工件的状态,而且起到延迟阻塞时间,抑制近场干扰等作用,从而显著提高检测的近表面分辨力.两块晶片之间还配置了隔声层以阻隔入射界面上产生的直通波和屏蔽感应电场的干扰(即起到电声屏蔽的作用).按照产生的波型和结构形式,可以分为:(1)组合双晶直探头:包括液浸法检测与直接接触法检测应用的探头,尤其以后者为常用.全部元件组合在一个整体之内,在工件中激励的是纵波-在被检介质中是以折射纵波进行检测的。

超声波换能器简介一、超声波换能器种类按照能量转换的机理和利用的换能材料：压电换能器、磁致伸缩换能器、静电换能器(电容型换能器)、机械型超声波换能器等。

按照换能器的振动模式：纵向(厚度)振动换能器、剪切振动换能器、扭转振动换能器、弯曲振动换能器、纵-扭复合以及纵-弯复合振动模式换能器等。

按照换能器的工作介质：气介超声换能器、液体换能器以及固体换能器等。

按照换能器的工作状态：发射型超声换能器、接收型超声换能器和收发两用型超声换能器。

按照换能器的输入功率和工作信号：功率超声换能器、检测超声换能器、脉冲信号换能器、调制信号换能器和连续波信号换能器等。

按照换能器的形状：棒状换能器、圆盘型换能器、圆柱型换能器、球形换能器等。

另外，不同的应用需要不同形式的超声波换能器，如平面波超声换能器、球面波超声换能器、柱面波超声波换能器、聚焦超声换能器以及阵列超声换能器等。

二、换能器工作原理超声波换能器是在超声频率范围内将交变的电信号转换成声信号或者将外界声场中的声信号转换为电信号的能量转换器件，其工作原理是基于晶体的压电效应及逆压电效应。

有些单晶体和多晶陶瓷材料受到应力能在材料中产生电场，这种效应称为压电效应，这些材料称为压电材料。

电能转换成超声波能量是利用逆压电效应原理，而接收超声波使之提供电信号则是利用压电效应的原理。

由于超声波在介质中传播时会产生许多物理，化学及生物等效应，同时因为超声波穿透力强、集束性好、信息携带量大、易于实现快速准确的在线无损检测和无损诊断，因而在工业、农业、国防、生物医药和科学研究等方面得到广泛的应用。

三、超声波换能器能量转换原理简介换能器就是进行能量转换的器件，是将一种形式的能量转换为另一种形式的能量的装置，在声学研究领域，换能器主要是指电声换能器，它能实现电能和声能之间的相互转换。

用来发射声波的换能器称为发射器，当换能器处于发射状态时，将电能转换成机械能，再转换成声能；用来接收声波的换能器称为接收器，当换能器处于接收状态时，将声能转换成机械能，再转换成电能。

2、发射效率 1）、机电效率 将电能转换成机械能的效率。
me
pm pe
Pm－机械系统所获得的全部有功功率； Pe－输入换能器的总的信号电功率；
2）、机声效率 将机械能转换成声能的效率。
ma
pa pm
Pa－发射声功率； Pm－机械振动系统所获得的有功功率；
3）、电声效率 将电能转换成声能的效率。
ea
接收换能器： 频带宽、较高的灵敏度。
压电换能器的特点： 机电转换效率高，容易成型，造价低。
发射、接收换能器共同要求的性能指标 1、工作频率 发射换能器的工作频率等于它的谐振频率。可
得到最大发射功率和效率。 主动式超声换能器在接收状态下的工作频率与
发射状态下的工作频率近似相等，而被动式接收 换能器的工作频率是一个较宽的频带，同时换能 器自身的谐振基频高于频带的最高频率。
超声学是一门综合性技术学科，属于声学的一个 分支。已广泛应用于各领域（工业、农业、军事、 医学、航空、生物等）。
超声学主要研究声波在不同介质中的产生、传 播、接收、信息处理及有关的效应问题。
超声物理和超声工程是超声学的两个主要分支。超声 物理是超声工程的基础，它为超声工程提供必须的理论及 实验依据。超声工程包括各种超声应用技术中超声波的产 生、传输、接收系统的工程设计及工艺研究。
接收换能器机电耦合系数k
k2
电磁系统因电效应获得的交变电磁能 机械系统因声场信号作用而储存的交变机械能
3、品质因数Q 其Q与工作频带宽度、传输能量效率有关。
4、方向性
5、频率特性 指换能器的一些重要参数指标随工作频率变化的
特性。
发射换能器的要求 1、发射声功率
单位时间内向声场辐射声能多少的物理量。 与工作频率有关。在谐振频率下可获得最大发 射声功率。

无损检测技术中的超声换能器选择与使用指南超声换能器是无损检测领域中常用的一种设备，通过将电能转化为超声波能量，用于检测材料内部的缺陷或评估其性能。

在超声无损检测中，选择适当的超声换能器至关重要，它将直接影响检测结果的准确性和可靠性。

本文将就超声换能器的选择与使用提供一些指南。

1. 了解超声换能器的工作原理和类型超声换能器通过电磁或压电效应将电能转化为机械振动，产生超声波。

根据工作原理和振动方式的不同，超声换能器可分为电磁式和压电式两种类型。

电磁式超声换能器适用于低频检测，通常用于对较大尺寸和较厚材料的检测；压电式超声换能器适用于高频检测，通常用于对较小尺寸和较薄材料的检测。

2. 根据检测需求选择适当的超声换能器在选择超声换能器时，需要考虑以下几个因素：- 检测材料的类型和厚度：不同材料对超声波的传播和反射特性不同，因此需要选择适合材料类型和厚度的超声换能器。

- 缺陷的类型和大小：不同类型和大小的缺陷对超声波的传播和散射也会产生不同的影响，选择合适的超声换能器可以提高检测缺陷的准确性。

- 检测的深度和灵敏度：根据检测的深度需求和所需的灵敏度，选择适当频率的超声换能器。

- 工作环境的要求：有些超声换能器具有防水、防腐蚀等特性，适用于复杂的工作环境。

3. 正确使用超声换能器正确使用超声换能器可以提高检测效果和延长设备寿命。

- 确保超声换能器与被检测材料之间的良好接触，使用适当的耦合剂或传感器。

- 保持超声换能器的清洁和保养，避免尖锐物品或化学物质对其造成损害。

- 使用合适的检测技术和仪器参数，根据需要调整超声换能器的工作频率和敏感度。

- 定期检查和校准超声换能器，确保其性能达到预期的标准。

4. 注意超声换能器的限制和注意事项超声换能器虽然在无损检测中具有重要的作用，但仍有一些限制和注意事项需要注意：- 超声波在不同材料中的传播速度和衰减特性不同，这可能会影响检测结果的准确性，需要针对具体材料进行校准和修正。

http: PPwww. wul.i ac. cn
# 141#
声学换能器技术专题
号转换成声信号或者将声信号转换为电信号的能量 转换器件, 它是超声设备中的关键器件, 因而无论在 换能机理还是工艺设计等方都受到了人们的长期关 注.
1. 2 超声换能器的种类 超声换能器的种类很多. 按照能量转换的机理
物理 # 38卷 ( 2009年 ) 3期
声学换能器技术专题
特曼哨及其各种变异体等. 低压气流声源的效率较 高, 可达 30% 左右, 但声功 率不高, 通常不 超过数 瓦. 高压声源的效率较低, 但可获得较大的声功率.
流体 (液体 ) 动力 发生器声源是将液态流体中 的涡流能量转换成声波辐射的一种声波换能器. 它 的工作原理是利用由喷嘴出来的射流与一定几何形 状的障碍物 ( 腔体 ) 的相互作用, 或者利用周期性地 强迫射流中断的方法使液体媒质发生扰动, 从而产 生某种形式的速度场与压力场. 流体动力发声器能 在相当宽的频带内工作, 能在 0. 3至 35千赫频带内 辐射 1. 5) 2. 5W / cm2 的声强. 流体 ( 液体 ) 动力发 生器声源的优点是可以廉价地获得声能, 结构简单. 液体流一方面是产生振动的动力源和振动体, 另一 方面又是传播声波的载体, 因此易于声匹配. 流体动 力型超声发 生器的主要应用包括气体 中的超声除 尘、空气中尘埃的凝聚、气体和重油的阻燃、加速热 交换、超声干燥、超声液体处理、超声化学、超声除泡 沫以及液体中的油水乳化、加速晶体化过程等. 利用 流体动力法产生超声的装置主要包括用于气体中的 葛尔登哨、哈特曼哨及旋笛, 用于液体 中的簧片哨 (见图 1), 以及可同时用于气体和液体中的旋涡哨 等.
由上述换能器的三组基本关系式, 可以对应地 作出换能器三种形式的等效图. 第一种是等效机械 图, 将换能器等效为一个纯机械系统的等效图; 第二 种是把机械一边的元件和参量, 通过机电转换化为 电路一边的元件和参量, 即把一个换能器等效为一 个纯电路系统, 称此为等效电路图; 第三种称为等效 机电图, 同时包含电路一边和机械一边的等效图. 利 用这些等效图可以简便地求出换能器的若干重要的 性能指标.