超聲接收換能器

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1、超聲換能器換能器接收器外來聲波作用在換能器的振動面上，從而使換能器的機械振動系統(tǒng)發(fā)生振動，借助于某種物理效應(yīng)，引起換能器儲能元件中的電場或磁場發(fā)生相應(yīng)的變化，從而引起換能器的電輸出產(chǎn)生一個相應(yīng)于聲信號的電壓和電流對于接受型換能器要求換能器有大的輸出功率和高的靈敏度。接收換能器主要性能指標：1工作頻率：對被動式接收換能器而言它的工作頻率是一個較寬的頻帶，同時要求換能器自身的諧振基頻要比頻帶的最高頻率還要高，以保證換能器有平坦的接收響應(yīng)。2機電轉(zhuǎn)換系數(shù)n和機電耦合系數(shù)k:3阻抗特性換能器作為一機電四端網(wǎng)絡(luò)，它具有一定的特性阻抗和傳輸常數(shù)。由于換能器在

2、電路上要與發(fā)射機的末級回路和接收機的輸入電路相匹配，所以在換能器設(shè)計時計算出換能器的等效輸入阻抗是十分重要的。4品質(zhì)因素Q常用電路系統(tǒng)的品質(zhì)因素Qe和機械系統(tǒng)的品質(zhì)因素Qm來共同描寫換能器的品質(zhì)因素。換能器的Q值與其工作頻帶寬度和傳輸能量的效率有密切的關(guān)系，Q值的大小不僅與換能器的材料、結(jié)構(gòu)、機械損耗的大小有關(guān)，還與輻射聲阻抗有關(guān)。所以同一個換能器處于不同介質(zhì)的Q值是不相同的。5方向特性0對于一個接收換能器，它的方向特性曲線的尖銳程度決定了其探索空間方向角的范圍。所以超聲換能器的方向特性的好壞直接關(guān)系到超聲設(shè)備的作用距離。6頻率特性換能器的頻率特

3、性是指換能器的一些重要參數(shù)指標隨工作頻率變化的特性。例如一接收換能器的接收靈敏度隨工作頻率變化的特性。7靈敏度（接收聲場的響應(yīng)）這是對接收換能器最重要的一個指標，又有電壓靈敏度、電流靈敏度之分。所謂接收換能器的自由場電壓靈敏度，就是指接收換能器的輸出電壓與在聲場中引入換能器之前該點的自由聲場聲壓的比值式中，U（ω）表示接收換能器電負載上所產(chǎn)生的電壓（V）；Pf(ω)表示接收換能器接受面處自由聲場的聲壓（μPa），有時也用dB表示其基準靈敏度取為。Nu（ω）稱為自由場電壓靈敏度。所謂接收換能器的自由場電流靈敏度Mi（ω）（自由場電流響應(yīng)），是指接收

4、換能器的輸出電流與在聲場中引入接收器之前的自由聲場聲壓的比值，記為式中，i（ω）單位是A，Pf單位是μPa。在實際中，我們一般都采用電壓靈敏度討論問題，不常用電流靈敏度。8等效噪聲壓當換能器用于接收器時，由于接收器內(nèi)部的電聲轉(zhuǎn)換器件（例如壓電陶瓷片）在一定的溫度下內(nèi)部分子的熱運動等將產(chǎn)生噪聲，稱為自噪聲或固有噪聲。這種自噪聲的大小決定了接收器所能測量的有用信號的最小可能值，它包含有許多頻率成分，可取在一赫茲頻帶寬度上的均方根電壓來衡量其大小。設(shè)有一正弦聲波入射到接收器上（如果接收器尺寸不比聲波小很多，則應(yīng)當沿正入射方向投射到振動面上），當此電壓輸

5、出的有效值等于接收器自噪聲在一赫茲寬帶上的均方根電壓值時，則入射聲壓的有效值叫做等效噪聲壓。接收器等效噪聲壓在數(shù)值上等于自噪聲在一赫茲寬帶上均方根電壓值與接收器靈敏度的比值，等效噪聲壓對1μbar基準聲壓所取的分貝數(shù)，稱為接收換能器的等效噪聲聲壓級。換能材料壓電晶體1）描述壓電材料性能的參數(shù)有三類即力學(xué)參數(shù)、電學(xué)參數(shù)和壓電耦合參數(shù)。壓電振子的四類邊界條件和四類壓電方程第一類邊界條件機械自由和電學(xué)短路特點：T=0；S≠0；E=0；D≠0壓電方程：sE、d、εT分別是短路彈性柔順系數(shù)、壓電應(yīng)變常數(shù)矩陣和自由介質(zhì)常數(shù)矩陣；第二類邊界條件機械夾持和電學(xué)短

6、路特點：S=0；T≠0；E=0；D≠0壓電方程：第三類邊界條件機械自由和電學(xué)開路特點：T=0；S≠0；D=0；E≠0壓電方程：第四類邊界條件機械夾持和電學(xué)開路特點：S=0；T≠0；D=0；E≠0壓電方程：2）機電耦合系數(shù)壓電陶瓷材料的機電耦合系數(shù)綜合反映了壓電材料的性能。對于介電常數(shù)和彈性常數(shù)有很大差異的壓電材料，其性能可通過機電耦合系數(shù)加以直接比較。因此通過測量壓電陶瓷材料的機電耦合系數(shù)，可以間接的獲得材料的彈性常數(shù)、介電常數(shù)和壓電常數(shù)。3）電學(xué)品質(zhì)因數(shù)和介電損耗因子機械品質(zhì)因數(shù)和機械損耗因子磁致伸縮材料有些磁性材料具有一些特殊功能。當把它們放

7、入磁場中時，便產(chǎn)生應(yīng)力或應(yīng)變；或者當受到外界應(yīng)力或應(yīng)變時，在其中會產(chǎn)生磁場。具有這種特性的材料就稱為磁致伸縮材料。常用的磁致伸縮材料可分為兩大類：一類是金屬磁致伸縮材料，另一類是鐵氧體磁致伸縮材料。與壓電陶瓷材料有所不同，磁致伸縮材料具有一些特殊的性能。根據(jù)磁致伸縮材料所產(chǎn)生的相對形變與磁場強度之間的關(guān)系曲線可以看出，有一些細致伸縮材料，如鐵等，在弱磁場的情況下產(chǎn)生伸長，而在強磁場的情況下則縮短。由于鐵的磁致伸縮性能比較復(fù)雜，因此鐵不適合與制作磁致伸縮換能器材料。還有一些材料，如鎳，在磁場中的形變則始終是縮短的。然而鎳的磁致伸縮效應(yīng)卻是最大的。任

8、何磁致伸縮材料都具有磁飽和現(xiàn)象，即當外加的磁場從小到大逐漸增大時，開始時應(yīng)變隨之增大，但當磁場增大到一定的程度以后，應(yīng)變就不再增大，即出