什么是超声波换能器？

超声波换能器的类型

接触式传感器

接触式传感器, 也称为直梁换能器或浸入式换能器, 是最基本、应用最广泛的超声波换能器类型. 这些传感器具有平坦或弯曲的表面，可直接接触被检查的材料. 它们发射垂直于表面的声波并接收从材料内部反射回来的回声. 接触式传感器用途广泛，可用于各种应用, 比如缺陷检测, 厚度测量, 和材料表征.

角光束传感器

角束传感器, 顾名思义, 以一定角度向被检材料表面发射声波. 这些换能器使用楔子或棱镜以特定角度引导声束, 允许检测和评估不垂直于表面的缺陷. 角束传感器通常用于焊缝检测, 腐蚀测绘, 以及具有复杂几何形状的部件中的缺陷尺寸.

双晶传感器

双元件传感器由单个外壳内的两个独立元件组成 - 一个用于发射声波，另一个用于接收回声. 独立的发射和接收元件提高了灵敏度并更好地控制发射和接收的信号. 这些传感器通常用于需要高分辨率成像或检测小缺陷的应用, 例如航空航天和关键部件检查.

相控阵传感器

相控阵换能器是一种更先进的超声波换能器，可精确控制声束的方向和焦点. 它们由多个单独的元素组成, 每个都有自己的电子延迟电路. 通过控制发送到每个元件的电信号的时间和幅度, 相控阵换能器可以控制声束, 改变焦点, 并创建复杂的检查模式. 这可以改进缺陷检测, 成像, 和尺寸调整能力, 使相控阵换能器适用于广泛的应用, 包括航空航天, 发电, 和石油和天然气工业.

浸入式传感器

浸入式传感器设计用于在液体环境中工作, 例如水箱或油箱. 这些传感器通常用于浸没测试, 待检查的材料浸没在液体介质中. 浸入式传感器在传感器和材料之间提供良好的耦合, 确保声波的有效传输和接收. 它们通常用于关键部件的高分辨率检查, 例如涡轮叶片, 航空航天部件, 和核反应堆容器.

超声波换能器的应用

无损检测 (NDT)

超声波检测（UT）是主要的无损检测方法之一, 超声波换能器在这一领域发挥着至关重要的作用. 它们用于检测和评估缺陷, 测量材料厚度, 评估焊接质量, 并检查管道等各种部件, 盘子, 和铸件.

医学影像

超声波换能器广泛应用于医学成像技术，例如超声波扫描. 这些传感器发射和接收声波以创建内脏器官的详细图像, 组织, 和血流量. 他们很安全, 非侵入性, 并提供用于诊断目的的实时成像功能.

材料表征

超声波换能器用于材料表征过程, 例如确定弹性特性, 测量声阻抗, 并评估材料的质量. 这对于航空航天等行业尤其重要, 汽车, 和制造, 材料完整性和性能至关重要的地方.

液位和流量测量

超声波传感器用于液位和流量测量应用. 通过发射声波并测量回声返回所需的时间, 传感器可以准确确定储罐中液体或固体的液位或测量管道中流体的速度.

距离和接近感应

超声波传感器还用于各种应用中的距离和接近感测. 他们发射声波并测量回声返回所需的时间, 允许精确的距离测量和物体检测.

超声波换能器的设计

超声波换能器的设计取决于其预期应用. 一般来说, 它包括以下组件：

1. 压电元件：压电元件是换能器的核心部件. 它是由压电材料制成的薄晶片或圆盘状晶体. 当电压施加到元件上时, 它经历机械变形, 以所需的超声波频率振动.

2. 背衬材料：背衬材料是位于压电元件后面的一层. 它为元件提供机械支撑和阻尼, 减少不必要的振动并提高传感器的性能.

3. 声学匹配层：在某些应用中, 压电元件正面添加声匹配层. 该层有助于优化超声波从换能器到介质的传输, 提高传感器的效率和性能.

4. 外壳或外壳：传感器通常安装在保护外壳或外壳中. 外壳提供机械支撑, 免受外部因素影响, 和电气连接的绝缘.

超声波换能器的设计和特性可能会根据具体应用要求而有所不同, 比如频率, 力量, 波束宽度, 和灵敏度. 换能器技术的进步导致超声波应用的改进, 实现更精确的测量, 成像, 和检测能力.