陶瓷換能器

《電子學(xué)名詞》第一版。

1993年，經(jīng)全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)審定發(fā)布。

由于超聲技術(shù)的非接觸性等優(yōu)點(diǎn)，嘗試把壓電陶瓷超聲換能器應(yīng)用在液體濃度檢測系統(tǒng)當(dāng)中。系統(tǒng)中的芯片采用的是Spartan 3E系列FPGA。壓電陶瓷換能器在其中擔(dān)當(dāng)著發(fā)射信號和接收信號的重要功能。把換能器產(chǎn)生的一定頻率和幅值的超聲信號通過發(fā)射電路打入液體內(nèi)部，經(jīng)過液體對信號的衰減，從接收換能器端可以接收到帶有液體濃度信息的信號。再通過聲衰減法的分析，有效得出液體的近似濃度。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括主程序，超聲測量程序，脈沖控制程序，脈沖收發(fā)程序，ADC采集控制程序以及時(shí)鐘和報(bào)警程序。

實(shí)驗(yàn)中可以先對靜態(tài)液體進(jìn)行測量，利用超聲衰減法，分析接收端收集的信號，進(jìn)行包絡(luò)等處理，結(jié)合信號傳播路徑（管道直徑）得出濃度信息。再對動(dòng)態(tài)液體進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量，信號傳播路徑要考慮到液體的流速，計(jì)算出大致路徑 。

超聲技術(shù)是一種廣泛使用的無損檢測技術(shù)，它以聲學(xué)理論為基礎(chǔ)，不斷應(yīng)用于電子、通信、醫(yī)學(xué)、生物及物理領(lǐng)域。在現(xiàn)代檢測技術(shù)中，利用超聲技術(shù)研制的換能器以其靈敏度高、精度高等優(yōu)點(diǎn)正在越來越受到人們的關(guān)注。

檢測過程中常用的換能器有: 壓電式換能器、磁致伸縮換能器、電磁聲換能器和激光換能器。最常用的是壓電換能器，它的核心部件就是壓電晶片。壓電晶片可以在壓力的作用下發(fā)生形變，從而導(dǎo)致晶片本身發(fā)生極化，在晶片表面出現(xiàn)正負(fù)束縛電荷，此效應(yīng)為壓電效應(yīng)。并且，壓電效應(yīng)具有可逆性，即對晶片施加電壓后會(huì)發(fā)生形變。在檢測過程中，利用超聲探頭的逆壓電效應(yīng)可以產(chǎn)生超聲波，利用壓電效應(yīng)達(dá)到接收超聲波的目的。

壓電陶瓷超聲換能器很早就進(jìn)入了人們的研究視野，它制作方便，可操控強(qiáng)，靈敏度高，機(jī)電耦合性好?；趬弘娞沾砷_發(fā)的換能器包括功率超聲換能器和檢測超聲換能器 。

1.探頭

壓電陶瓷超聲換能器是一種電—力—聲轉(zhuǎn)換器，是指電信號和聲信號通過材料的特性進(jìn)行能量之間的相互轉(zhuǎn)換。電信號選擇是交變信號，實(shí)驗(yàn)中采用的是正弦信號。實(shí)驗(yàn)中采用最基本的普通直探頭進(jìn)行研究。

2.等效電路圖

厚度的伸縮型振動(dòng)是最常用的振動(dòng)模式，它是指壓電元件沿厚度方向極化，同時(shí)它的振動(dòng)方向也是沿厚度方向。選擇這種元件的條件就是元件的直徑或邊長要大于它厚度的10倍以上。