什么是超声波换能器？

超声波换能器的类型

接触式传感器

接触传感器，也称为直束传感器或浸入式传感器，是最基本和广泛使用的超声传感器类型。这些传感器具有平坦或弯曲的表面，可直接接触所检查的材料。它们散发出垂直于表面的声波，并从材料内部接收回声。接触传感器具有通用性，可用于各种应用，例如缺陷检测，厚度测量和材料表征。

角光束传感器

顾名思义，角束传感器以与正在检查的材料表面角度发射声波。这些传感器使用楔形或棱镜以特定的角度指导声束，从而可以检测和评估不垂直于表面的缺陷。角束传感器通常用于具有复杂几何形状的组件中的焊缝检查，腐蚀映射和缺陷尺寸。

双晶传感器

双元素传感器由一个单个外壳内的两个单独的元素组成 - 一个用于传输声波，另一个用于接收回声。单独的发送和接收元素可提高灵敏度，并更好地控制传输和接收的信号。这些换能器通常用于需要对小缺陷进行高分辨率成像或检测的应用，例如在航空航天和关键组件检查中。

相控阵传感器

分阶段阵列换能器是一种更先进的超声传感器类型，可以精确控制声束的方向和焦点。它们由多个单个元素组成，每个元素都有自己的电子延迟电路。通过控制发送到每个元素的电信号的时机和大小，分阶段换能器可以引导声束，更改焦点并创建复杂的检查模式。这允许改进缺陷检测，成像和尺寸功能，使分阶段阵列传感器适用于广泛应用，包括航空航天，发电以及石油和天然气工业。

浸入式传感器

浸入式传感器设计为在液体环境（例如水或油箱）中工作。这些换能器通常用于浸入式测试中，其中要检查的材料被浸入液体培养基中。浸入式传感器在换能器和材料之间提供出色的耦合，从而确保有效地传播和接收声波。它们通常用于对关键组件的高分辨率检查，例如涡轮叶片，航空航天组件和核反应堆容器。

超声波换能器的应用

无损检测 (NDT)

超声测试（UT）是主要的NDT方法之一，超声传感器在该领域起着至关重要的作用。它们用于检测和评估缺陷，测量材料厚度，评估焊接质量，并检查各种组件，例如管道，板和铸件。

医学影像

超声传感器广泛用于医学成像技术，例如超声扫描。这些传感器发出并接收声波，以创建内部器官，组织和血流的详细图像。它们是安全的，无创的，并为诊断目的提供实时成像功能。

材料表征

超声波传感器用于材料表征过程，例如确定弹性特性，测量声阻抗和评估材料质量。这在航空航天，汽车和制造业等行业中尤其重要，在这种行业中，物质完整性和性能至关重要。

液位和流量测量

超声波传感器用于水平和流量测量应用。通过发出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的液体或固体水平或测量管道中流体的速度。

距离和接近感应

在各种应用中，超声传感器也用于距离和接近感测。它们发出声波并测量回声返回所需的时间，从而可以进行精确的距离测量和对象检测。

超声波换能器的设计

超声传感器的设计取决于其预期的应用。通常，它包括以下组件：

1. 压电元素：压电元件是传感器的核心组件。它是由压电材料制成的薄晶片或盘状晶体。当将电压施加到该元件上时，它会经过机械变形，以所需的超声频率振动。

2. 背材材料：背材材料是位于压电元件后面的层。它为元素提供了机械支撑和阻尼，从而减少了不良的振动并改善了传感器的性能。

3. 声学匹配层：在某些应用中，将声学匹配层添加到压电元件的前部。该层有助于优化超声波从传感器传输到介质中，从而提高了传感器的效率和性能。

4. 外壳或套管：换能器通常安装在防护套管或外壳中。该外壳提供机械支撑，免受外部因素的保护以及电气连接的绝缘材料。

超声传感器的设计和特性可以根据特定的应用要求（例如频率，功率，梁宽度和灵敏度）而变化。传感器技术的进步导致了超声波应用的改进，从而实现了更精确的测量，成像和检测能力。