超声接收换能器.docx

超声换能器 换能器接收器 外来声波作用在换能器的振动面上，从而使换能器的机械振动系统发生振 动，借助于某种物理效应， 引起换能器储能元件中的电场或磁场发生相应的变化， 从而引起换能器的电输出产生一个相应于声信号的电压和电流 对于接受型换能器要求换能器有大的输出功率和高的灵敏度。 接收换能器主要性能指标： 工作频率：对被动式接收换能器而言它的工作频率是一个较宽的频带，同 时要求换能器自身的谐振基频要比频带的最高频率还要高， 以保证换能器有平坦 的接收响应。 机电转换系数 n 和机电耦合系数 k: 阻抗特性 换能器作为一机电四端网络，它具有一定的特性阻抗和传输常数。由于换能 器在电路上要与发射机的末级回路和接收机的输入电路相匹配， 所以在换能器设 计时计算出换能器的等效输入阻抗是十分重要的。 4 品质因素 Q 常用电路系统的品质因素Qe和机械系统的品质因素Qm来共同描写换能器的 品质因素。 换能器的Q值与其工作频带宽度和传输能量的效率有密切的关系， Q值的大 小不仅与换能器的材料、结构、机械损耗的大小有关，还与辐射声阻抗有关。所 以同一个换能器处于不同介质的 Q值是不相同的。 5 方向特性 0 对于一个接收换能器， 它的方向特性曲线的尖锐程度决定了其探索空间方向 角的范围。所以超声换能器的方向特性的好坏直接关系到超声设备的作用距离。 频率特性 换能器的频率特性是指换能器的一些重要参数指标随工作频率变化的特性。 例如一接收换能器的接收灵敏度随工作频率变化的特性。 灵敏度（接收声场的响应） 这是对接收换能器最重要的一个指标，又有电压灵敏度、电流灵敏度之分。 所谓接收换能器的自由场电压灵敏度， 就是指接收换能器的输出电压与在声场中 引入换能器之前该点的自由声场声压的比值 式中，U（3 ）表示接收换能器电负载上所产生的电压（V）； Pf（3 ）表示接收换能 器接受面处自由声场的声压（卩Pa）,有时也用dB表示 其基准灵敏度取为 。NU（3 ）称为自由场电压灵敏度。 所谓接收换能器的自由场电流灵敏度 M（3）（自由场电流响应），是指接收 换能器的输出电流与在声场中引入接收器之前的自由声场声压的比值，记为 式中，i （3）单位是A, Pf单位是卩Pa。 在实际中，我们一般都采用电压灵敏度讨论问题，不常用电流灵敏度。 等效噪声压 当换能器用于接收器时， 由于接收器内部的电声转换器件 （例如压电陶瓷片） 在一定的温度下内部分子的热运动等将产生噪声， 称为自噪声或固有噪声。 这种 自噪声的大小决定了接收器所能测量的有用信号的最小可能值， 它包含有许多频 率成分，可取在一赫兹频带宽度上的均方根电压来衡量其大小。 设有一正弦声波入射到接收器上（如果接收器尺寸不比声波小很多，则应当 沿正入射方向投射到振动面上） ，当此电压输出的有效值等于接收器自噪声在一 赫兹宽带上的均方根电压值时， 则入射声压的有效值叫做等效噪声压。 接收器等 效噪声压在数值上等于自噪声在一赫兹宽带上均方根电压值与接收器灵敏度的 比值，等效噪声压对1卩bar基准声压所取的分贝数，称为接收换能器的等效噪 声声压级。 换能材料数和压电耦合参数。压电晶体 换能材料 数和压电耦合参数。 1）描述压电材料性能的参数有三类即力 压电振子的四类边界条件和四类压 第一类边界条件 机械自由和电学短路 特点： T=0 ；Sm 0；E=0；Dm 0 压电方程： sE sE、d、￡ T分别是短路弹性柔顺系 第二类边界条件 机械夹持和电学短路 特点：S=0 Tm 0; E=0; Dm 0 压电方程： 第三类边界条件 机械自由和电学开路 特点：T=0; Sm 0; D=0 Em 0 压电方程： 第四类边界条件 机械夹持和电学开路 特点： S=0；Tm 0；D=0；Em 0 压电方程： 机电耦合系数 压电陶瓷材料的机电耦合系数综合反映了压电材料的性能。 对于介电常数和 弹性常数有很大差异的压电材料， 其性能可通过机电耦合系数加以直接比较。 因 此通过测量压电陶瓷材料的机电耦合系数， 可以间接的获得材料的弹性常数、 介 电常数和压电常数。 电学品质因数和介电损耗因子 机械品质因数和机械损耗因子 磁致伸缩材料 有些磁性材料具有一些特殊 变；或者当受到外界应力或应 称为磁致伸缩材料。 常用 料，另一类是铁氧体磁致 与压电陶瓷材料有所 缩材料所产生的相对形变 材料，如铁等 铁的磁致伸缩 些材料，如镍， 大的根据磁致伸 有一些细致伸缩材料可分为两大类：致伸缩材料具有一些特殊的o任何磁致伸缩材料都具有磁饱时，开始时应变随之增大，但当磁 即出现了磁饱和现象。 对磁致伸缩材料的磁致 应逐渐减弱，当温度达磁致伸缩效应所产生 大小不变时， 所产生的应变 的磁致伸缩应变是磁场强度的偶 正弦或者余弦的规律变化时， 应 波形不好。当外加