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​影响超声波换能器回波频率的主要因素

2022-05-27 11:25:57

按照ZBY-231-84标准,超声波探头的实际回波频率与标称频率的误差,不能超过正负10%,这在超声波探头的制作中是一个难以控制的指标。通过长期的实践摸索,浇铸探头背衬和粘接保护膜时,都会使裸晶片的回波频率下降,但起主要作用的是保护膜。


通常6.5MHZ的PZT-5裸晶片在粘接完保护膜后,其回波频率会降低到3.75MHZ左右,再浇铸背衬时,频率下降基木上在5%以内。但是对于3MHZ的PZT-5裸晶片,粘接同样材质、厚度的保护膜后,其回波频率可达到2.3-2.5MHZ。保护膜与晶片的相对厚度是影响探头回波频率的主要因素。


声波换能器的功能是将输入的电功率转换成机械功率再传递出去,而自身消耗很少的一部分功率。超声波换能器要解决的技术问题是设计一种作用距离大、频带宽的超声波换能器。换能器由外壳、匹配层、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出电缆和Cymbal阵列接收器组成。


超声波换能器


压电陶瓷圆盘换能器采用厚度方向极化的PZT-5压电材料制成,Cymbal阵列接收器由8~16只Cymbal换能器、两个金属圆环和橡胶垫圈组成。本发明的作用距离大于35m,频带宽度达到10kHz,能检测高速移动的远距离目标。


一般有磁致伸缩换能器和压电晶体换能器两类。磁致伸缩类型属于磁致伸缩的有镍片换能器和铁氧体换能器。铁氧体换能器的电声转换效率比较低,一般使用一、二年后效率下降,甚至几乎丧失电声转换能力。镍片换能器的工艺复杂,价格昂贵,所以至今很少使用。


压电晶体类型其中成熟可靠的是以压电效应实现电能与声能相互转换的器件,称为压电换能器。由材料的压电效应将电信号转换为机械振动。这种换能器电声转换效率高,原材料价格便宜,制作方便,也不容易老化。


常用的材料有石英晶体、钛酸钡和锆钛酸铅。石英晶体的伸缩量太小,3000V电压才产生0.01um以下的变形。钛酸钡的压电效应比石英晶体大20-30倍,但效率和机械强度不如石英晶体。锆钛酸铅具有二者的优点,一般可用作超声波清洗,探伤和小功率超声波加工的换能器。



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