超声波换能器如何工作？

发布日期：2023-08-22 作者：新威电子点击：

超声波换能器是一种电声转换器件，可以将电能转换为超声波能量。它广泛应用于医学影像、工业检测、无损检测、清洗和测量等领域。

超声波换能器由压电材料构成，压电材料是一类具有压电效应的材料，它可以在外界施加压力或电场的情况下发生形变或产生电荷。常见的压电材料有气压石英、压电陶瓷等。

超声波换能器的工作原理可以分为两个步骤：激励和接收。

首先是激励过程。当外界施加在超声波换能器上的电场发生变化时，压电材料内部的极化向极性方向移动，并且由于电荷不均，压电材料内部会产生应力。这种应力通过压电材料的机械耦合系数将压力转换为机械振动。这种振动以超声波的形式传播到工作介质中。

接下来是接收过程。当超声波遇到工作介质后，其能量将被吸收或反射。如果超声波被吸收，那么它将以声能的形式储存在工作介质中。如果超声波被反射，那么它将回到超声波换能器的表面。在这种情况下，压电材料将开始振动，进而产生电位变化。这个电位变化通过超声波换能器的电极与外部电路连接，被放大和处理，之后转换为可观察的电信号。

超声波换能器的工作频率范围通常在几百千赫兹到几百兆赫兹之间。不同的应用需要不同的工作频率范围。例如，医学影像中的超声波频率通常在几兆赫兹到几十兆赫兹之间。

超声波换能器的性能取决于多个因素，包括压电材料的特性、超声波换能器的结构设计和工作条件。例如，压电材料的机械耦合系数和压电系数将影响超声波换能器的灵敏度和产生的超声波功率。超声波换能器的结构设计，如振动腔体形状和电极布局，将影响其工作频率和方向性。