超聲波探頭工作原理

　　超聲波探頭，主要利用石英等壓電晶體的逆壓電效應(yīng)來(lái)完成電能到超聲波機(jī)械振動(dòng)的轉(zhuǎn)換（即超聲波的發(fā)射），利用壓電晶體的壓電效應(yīng)來(lái)完成超聲波機(jī)械振動(dòng)到電能的轉(zhuǎn)換（即超聲波的接受），因此又可將其稱為超聲波發(fā)生器或超聲波接收器，是超聲波檢測(cè)的一重要組成部分，也是影響檢測(cè)結(jié)果的一重要結(jié)構(gòu)。

　　超聲波探頭根據(jù)其所完成功能的不同分為發(fā)射探頭和接收探頭，其中，發(fā)射探頭主要利用壓電晶體的逆壓電效應(yīng)來(lái)發(fā)射超聲波，當(dāng)高頻電壓作用于晶片（超聲波探頭的關(guān)鍵部件，是一個(gè)具有壓電效應(yīng)的晶體薄片）上時(shí)，壓電晶體受激勵(lì)以相同的頻率在相鄰介質(zhì)中傳播超聲波，完成電能到機(jī)械振動(dòng)的轉(zhuǎn)換。而接受探頭主要利用壓電晶體的壓電效應(yīng)來(lái)接受超聲波，當(dāng)超聲波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，在介質(zhì)的交界面處發(fā)生反射，反射后的超聲波作用于壓電晶體上，便產(chǎn)生與機(jī)械振動(dòng)頻率相同的電能，完成機(jī)械振動(dòng)到電能的轉(zhuǎn)換。

　　超聲波探頭型號(hào)性能參數(shù)

　　1.壓電應(yīng)變常數(shù)d33：

　　d33=Dt/U在壓電晶片上加U這么大的應(yīng)力，壓電晶片在厚度上發(fā)生了Dt的變化量，d33越大，發(fā)射靈敏度越高。

　　2.壓電電壓常數(shù)g33：

　　g33=UP/P在壓電晶片上加P這么大的應(yīng)力。在壓電晶片上產(chǎn)生UP這么大的電壓，g33越大，接收靈敏度越高。

　　3.介電常數(shù)e：

　　e=Ct/A［C-電容、t-極板距離（晶片厚度）、A-極板面積（晶片面積）］;

　　C小→e小→充、放電時(shí)間短。頻率高。

　　4.機(jī)電偶合系數(shù)K：

　　表示壓電材料機(jī)械能（聲能）與電能之間的轉(zhuǎn)換效率。

　　對(duì)于正壓電效應(yīng)：K=轉(zhuǎn)換的電能/輸入的機(jī)械能。

　　對(duì)于逆壓電效應(yīng)：K=轉(zhuǎn)換的機(jī)械能/輸入的電能。

　　晶片振動(dòng)時(shí)，厚度和徑向兩個(gè)方向同時(shí)伸縮變形，厚度方向變形大，探測(cè)靈敏度高，徑向方向變形大，雜波多，分辨力降低，盲區(qū)增大，發(fā)射脈沖變寬。（講義附件16、19題部分答案）。

　　聲 速： 324.0 M/S 工件厚度： 16.00MM 探頭頻率： 2.500MC

　　探頭K值： 1.96 探頭前沿： 7.00MM 坡口類型： X

　　坡口角度： 60.00 對(duì)焊寬度： 2.00MM 補(bǔ) 償： -02 dB

　　判 廢： +05dB 定 量： -03dB 評(píng) 定： -09 dB

　　焊口編號(hào)： 0000 缺陷編號(hào)： 1. 檢測(cè)日期： 05.03.09

　　聲 速： 324.0 M/S 工件厚度： 16.00 MM 探頭頻率： 5.00 MC

　　探頭K值： 1.95 探頭前沿： 7.00 MM 坡口類型： X

　　坡口角度： 60.00 對(duì)焊寬度： 2.00 MM 補(bǔ) 償： -02 dB

　　判 廢： +05 dB 定 量： -03 dB 評(píng) 定： -09 dB

　　焊口編號(hào)： 0000 缺陷編號(hào)： 1. 檢測(cè)日期： 05.03.09

　　5.機(jī)械品質(zhì)因子qm：

　　qm=E貯/E損，壓電晶片諧振時(shí)，貯存的機(jī)械能與在一個(gè)周期內(nèi)（變形、恢復(fù)）損耗的能量之比稱……損耗主要是分子內(nèi)摩擦引起的。

　　qm大，損耗小，振動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，脈沖寬度大，分辨力低。

　　qm小，損耗大，振動(dòng)時(shí)間短，脈沖寬度小，分辨力高。

　　6.頻率常數(shù)Nt：

　　Nt=tf0，壓電晶片的厚度與固有頻率的乘積是一個(gè)常數(shù)，晶片材料一定，厚度越小，頻率越高。 （講義附件16、19題部分答案）。

　　7.居里溫度Tc：

　　壓電材料的壓電效應(yīng)，只能在一定的溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生，超過(guò)一定的溫度，壓電效應(yīng)就會(huì)消失，使壓電效應(yīng)消失的溫度稱居里溫度（主要是高溫影響）。

　　8．超聲波探頭的另一項(xiàng)重要指標(biāo)：信噪比---有用信號(hào)與無(wú)用信號(hào)之比必須大于18 dB。
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