淺談超聲波探頭的信號和性能指標

超聲波探頭出來的是什么信號？

1、出來的是電壓信號。

原因： 超聲波發生器內部結構有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻時，壓電晶片將會發生共振，并帶動共振板振動，便產生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波本時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉換為電信號，就成為超聲波接收器。

在超聲探測電路中，發射端得到輸出脈沖為一系列方波，其寬度為發射超聲的時間間隔，被測物距離越大，脈沖寬度越大，輸出脈沖個數與被測距離成正比。

超聲測距大致有以下方法：

1.取輸出脈沖的平均值電壓，該電壓 （其幅值基本固定 ）與距離成正比，測量電壓即可測得距離；

2.測量輸出脈沖的寬度，即發射超聲波與接收超聲波的時間間隔t，故被測距離為S=1／2vt。

超聲波探頭作用：

1、探頭是一個電聲換能器，并能將返回來的聲波轉換成電脈沖；

2、節制超聲波的傳達偏向和能量集中的水平，當改動探頭入射角或改動超聲波的分散角時，可使聲波的首要能量按分歧的角度射入介質內部或改動聲波的指向性，進步分辯率；

3、完成波形轉換；

4、節制任務頻率，合用于分歧的任務前提。

超聲波探頭選擇：

1、底面必需平行于探傷面；

2、底面必需平坦并有必然的光亮度，這是最根本的選擇規范，可以依據詳細的探傷物來選擇分歧的探頭，也可以定做探頭。

超聲波傳感器的主要性能指標：

超聲波為直線傳播，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強，為此，利用超聲波的這種性質就可以制成超聲波傳感器。另外，超聲波在空氣中的傳播速度較慢，這就使得超聲波傳感器的使用變得簡單。

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。

超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。

因此超聲波檢測廣泛應用在工業、國防、生物醫學等方面以超聲波作為檢測手段，必須產生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭。

超聲波傳感器主要由雙壓電晶片振子、圓錐共振板和電極等部分構成。兩電極間加上一定的電壓時壓電晶片就會被壓縮產生機械形變，撤去電壓后壓電晶片恢復原狀。

若在兩極間按照一定的頻率加上電壓，則壓電晶片也會保持一定的頻率振動。經試驗測得此型號壓電晶片的固有頻率為38.4KHz，則在兩極外加頻率為40KHz的方波脈沖信號，此時壓電晶片產生共振，向外發射出超聲波。

同理，沒有外加脈沖信號的超聲波傳感器在共振板接收到超聲波時也會產生共振，在兩極間產生電信號。

超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測作用。它有許多不同的結構，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個探頭反射、一個探頭接收）等。

超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構成晶片的材料可以有許多種。晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個探頭的性能是不同的，使用前必須預先了解它的性能。超聲波傳感器的主要性能指標，包括：

（1） 工作頻率。

工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最大，靈敏度也最高。

（2） 工作溫度。

由于壓電材料的居里點一般比較高，特別時診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時間地工作而不產生失效。醫療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨的制冷設備。

（3） 靈敏度。

主要取決于制造晶片本身。機電耦合系數大，靈敏度高；反之，靈敏度低。

審核編輯：黃飛