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來完成電能到超聲波機械振動的轉換（即超聲波的發(fā)射），利用壓電晶體的壓電效應來完成超聲波機械振動到電能的轉換（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，是超聲波檢測的一重要組成部分，也是影響檢測結果的一重要結構。

　　超聲波探頭根據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來發(fā)射超聲波，當高頻電壓作用于晶片（超聲波探頭的關鍵部件，是一個具有壓電效應的晶體薄片）上時，壓電晶體受激勵以相同的頻率在相鄰介質中傳播超聲波，完成電能到機械振動的轉換。而接受探頭主要利用壓電晶體的壓電效應來接受超聲波，當超聲波在不同介質中傳播時，在介質的交界面處發(fā)生反射，反射后的超聲波作用于壓電晶體上，便產生與機械振動頻率相同的電能，完成機械振動到電能的轉換。

　　超聲波探頭型號性能參數(shù)

　　1.壓電應變常數(shù)d33：

　　d33=Dt/U在壓電晶片上加U這么大的應力，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這么大的應力。在壓電晶片上產生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、放電時間短。頻率高。

　　4.機電偶合系數(shù)K：

　　表示壓電材料機械能（聲能）與電能之間的轉換效率。

　　對于正壓電效應：K=轉換的電能/輸入的機械能。

　　對于逆壓電效應：K=轉換的機械能/輸入的電能。

　　晶片振動時，厚度和徑向兩個方向同時伸縮變形，厚度方向變形大，探測靈敏度高，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 對焊寬度： 2.00MM 補 償： -02 dB

　　判 廢： +05dB 定 量： -03dB 評 定： -09 dB

　　焊口編號： 0000 缺陷編號： 1. 檢測日期： 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 對焊寬度： 2.00 MM 補 償： -02 dB

　　判 廢： +05 dB 定 量： -03 dB 評 定： -09 dB

　　焊口編號： 0000 缺陷編號： 1. 檢測日期： 05.03.09

　　5.機械品質因子qm：

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

　　qm大，損耗小，振動時間長，脈沖寬度大，分辨力低。

　　qm小，損耗大，振動時間短，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，只能在一定的溫度范圍內產生，超過一定的溫度，壓電效應就會消失，使壓電效應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重要指標：信噪比---有用信號與無用信號之比必須大于18 dB。
責任編輯：YYX