超声波传感器原理与特性

超声波传感器原理与特性超声波传感器原理与特性1.1超声波传感器的定义1.2超声波传感器的原理1.3超声波传感器的结构1.4超声波传感器的特性1.5超声波传感器的性能指标课程内容Course Contents1.11.1超声波传感器的定义 超声波探头按其工作原理可分为压电式压电式、磁致伸缩式磁致伸缩式、电磁式电磁式等，其中以压电式最为常用。压电式超声波探头常用的材料是压电晶体和压电陶瓷，这种传感器统称为压电式超声波探头。利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应而研制的装置称为超声波传感器，也称为超声波探头。1.2 1.2 超声波传感器的原理利用压电材料的压电效应制成压电式超声波传感器。利用压电材料的压电效应制成压电式超声波传感器。正向压电效应正向压电效应逆向压电效应。逆向压电效应。超声波探头结构如图所示，它主要由压压电电晶晶片片、吸吸收收块块（阻阻尼尼块块）、保保护护膜膜、引线等引线等组成。压电晶片多为圆板形，厚度为。超声波频率f与其厚度成反比。压电晶片的两面镀有银层，作导电的极板。阻尼块的作用：降低晶片的机械品质，吸收声能量。如果没有阻尼块,当激励的电脉冲信号停止时,晶片将会继续振荡，加长超声波的脉冲宽度，使分辨率变差。1.3 1.3 超声波传感器的结构基座基座双压电陶瓷晶片双压电陶瓷晶片锥形振子锥形振子屏蔽栅外壳屏蔽栅外壳发送超声波时，圆锥形振子有较发送超声波时，圆锥形振子有较强的方向性，因而能高效率地发强的方向性，因而能高效率地发送超声波；接收超声波时，超声送超声波；接收超声波时，超声波的振动集中于振子的中心，所波的振动集中于振子的中心，所以能产生高效率的高频电压。以能产生高效率的高频电压。1.3 1.3 超声波传感器的结构空气中用超声波传感器的结构空气中用超声波传感器的结构(1)频率特性频率特性发送超声波接收超声波1.4 1.4 超声波传感器的特性传感器的带宽较窄、具有单峰特性，即在中心频率处灵敏传感器的带宽较窄、具有单峰特性，即在中心频率处灵敏度最高，输出信号幅度最大，也几乎在这个频点，接收器度最高，输出信号幅度最大，也几乎在这个频点，接收器的接收灵敏度最高，的接收灵敏度最高，而在中心频率两侧则迅速衰减。而在中心频率两侧则迅速衰减。(2)指向性特性指向性特性1.4 1.4 超声波传感器的特性方向角方向角(-6dB)：从超声波传感器轴线到声压降从超声波传感器轴线到声压降6dB处的角度处的角度(3)阻抗特性阻抗特性阻抗阻抗频率频率并联谐振并联谐振串联谐振串联谐振1.4 1.4 超声波传感器的特性超声波传感器具有高阻特性，驱动电流小，要求驱超声波传感器具有高阻特性，驱动电流小，要求驱动电压较高，是电压驱动型传感器。动电压较高，是电压驱动型传感器。（1）工作频率。工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。（2）工作温度。由于压电材料的居里点一般比较高，特别时诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。（3）灵敏度。主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。1.5 1.5 超声波传感器的性能指标超声波传感器超声波传感器-性能参数性能参数1.5 1.5 超声波传感器的性能指标THANKYOU