超声波换能器技术分类.
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超声波换能器
概述
定义
将交变的电信号转换成声信号的能量转换器件
将外界声场中的声信号转换为电信号的能量转换器件
涉及学科
电子学
材料学
信号处理技术
雷达技术
固体物理技术
流体物理技术
生物技术
计算技术
应用领域
国防
生物
医学
航天航空
分类
按照能量转换的机理和所用的环能材料
压电换能器
磁致伸缩换能器
静电换能器(电容型换能器)
电磁声换能器
机械型超声换能器
...
按照换能器的震动模式
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
纵扭复合振动换能器
纵弯复合振动换能器
...
按照换能器的工作介质
气介超声换能器
液体换能器
固体换能器
...
按照工作状态
发射型超声换能器
接收型超声换能器
收发两用型超声换能器
按照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
连续波信号换能器
...
按照换能器的形状
棒状换能器
圆盘形换能器
圆柱形换能器
球形换能器
复合型超声换能器
不同的应用需要不同形式的超声换能器
平面波超声换能器
球面波超声换能器
柱面波超声换能器
聚焦超声换能器
阵列超声换能器
特性
特点
方向性强
沿直线传播
声呐
易反射
B超
穿透力强
非线性元件
超声波换能器若想稳定运行，很大程度上取决于超声波换能器的工作频率，其工作频率的变化会直接影响换能器的阻抗、效率等特性
工作时负载、环境温度，元件的老化等因素都会引起换能器阻抗的变化，从而引起基本谐振频率的变化
长时间工作于非谐振状态，系统的效率就会大大降低，换能器的寿命会变短，更有可能使器件损毁
参数
共振频率
频带宽度
机电耦合系数
电声效率
机械品质因数
阻抗特效
频率特性
指向性
发射灵敏度
接收灵敏度
...
对于发射型超声换能器, 要求换能器有大的输出功率和高的能量转换效率;
而对于接收型超声换能器 ,则要求宽的频带和高的灵敏度及分辨率等.
因此, 在换能器的具体设计过程中 , 必须根据具体的应用 ,对换能器的有关参数进行合理的设计.
三种形式的等效图
等效机械图,将换能器等效为一个纯机械系统的等效图
把机械一边的元件盒参量,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
等效机电图,同时包含电路一边和机械一边的等效图
为了使换能器的频带加宽, 或设计具有多个共振频率的换能器,可以采用的措施包括
通过改变换能器电端匹配电路中的电感可以改变换能器的共振频率
利用换能器的径向振动和纵向振动之间的耦合振动可以对换能器的共振频率和频带进行调节
利用穿孔换能器可以展宽换能器的频带
利用换能器辐射头的弯曲也可以展宽换能器的频带宽度
利用矩形辐射板的弯曲振动 ,可以实现复频功率超声换能器
功率超声换能器
声能产生方法
流体动力法
气流声源
低压声源
高压声源
液体动力声源
压电效应法
别名
复合棒换能器
郎之万换能器
磁致伸缩效应法
频率跟踪方法
声学跟踪方法
电学跟踪反馈
最大电流反馈
锁相环技术
控制方法
模糊控制
PI控制
检测超声换能器
按频谱分
宽带窄脉冲探头
窄带连续波探头
冲击波探头
特高频探头
特低频探头
按工作波形分
直脚纵波探头
斜角横波探头
板波探头
表面波探头
爬波探头
按耦合方式分
直接接触探头
水浸探头
按波束分
不聚焦平探头
聚焦探头
按工作方式分
单探头
双探头
机械扫和电子切换描探头
电子束扫描相控阵探头
按工作环境分
高温探头
微型探头
高压探头
...
超声换能器的性能测试
换能器本身的振动性质有关的物理量
显微镜法
干涉法
全息法
换能器的辐射声场有关的物理量
小信号法
导纳和阻抗圆法
史密斯圆图
匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”
传输线法
功率曲线法
...
大信号法
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