超声接收换能器

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：

1 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。

2 机电转换系数n和机电耦合系数k:

3 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Q e和机械系统的品质因素Q m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。

6 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。

7 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（ω）表示接收换能器电负载上所产生的电压（V）；P f(ω)表示接收换能器接受面处自由声场的声压（μPa），有时也用dB表示

其基准灵敏度取为M。N u（ω）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 i（ω）（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（ω）单位是A，P f单位是μPa。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。8 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1μbar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。换能材料压电晶体1）描述压电材料性能的参数有三类即力学参数、电学参数和压电耦合参数。压电振子的四类边界条件和四类压电方程第一类边界条件机械自由和电学短路特点： T=0；S≠0；E=0；D≠0 压电方程：s E、d、εT分别是短路弹性柔顺系数、压电应变常数矩阵和自由介质常数矩阵；第二类边界条件机械夹持和电学短路特点：S=0；T≠0；E=0；D≠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；S ≠0；D=0；E ≠0 压电方程：

i S

第四类边界条件

机械夹持和电学开路

特点：S=0；T ≠0；D=0；E ≠0 压电方程：

T

2） 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。

3） 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功能。当把它们放入磁场中时，便产生应力或应变；或者当受到外界应力或应变时，在其中会产生磁场。具有这种特性的材料就称为磁致伸缩材料。常用的磁致伸缩材料可分为两大类：一类是金属磁致伸缩材料，另一类是铁氧体磁致伸缩材料。

与压电陶瓷材料有所不同，磁致伸缩材料具有一些特殊的性能。根据磁致伸缩材料所产生的相对形变与磁场强度之间的关系曲线可以看出，有一些细致伸缩材料，如铁等，在弱磁场的情况下产生伸长，而在强磁场的情况下则缩短。由于铁的磁致伸缩性能比较复杂，因此铁不适合与制作磁致伸缩换能器材料。还有一些材料，如镍，在磁场中的形变则始终是缩短的。然而镍的磁致伸缩效应却是最大的。

任何磁致伸缩材料都具有磁饱和现象，即当外加的磁场从小到大逐渐增大时，开始时应变随之增大，但当磁场增大到一定的程度以后，应变就不再增大，即出现了磁饱和现象。与压电陶瓷材料一样，磁致伸缩材料也具有居里点，温度对磁致伸缩材料的磁致伸缩效应具有很大的影响。随着温度的升高，磁致伸缩效应逐渐减弱，当温度达到磁致伸缩材料的居里温度时，磁致伸缩效应将完全消失。 磁致伸缩效应所产生的应变与磁场的方向无关，即当外加磁场的方向改变而大小不变时，所产生的应变的大小和方向皆不变，也就是说磁致伸缩效应所产生的磁致伸缩应变是磁场强度的偶函数。因此当磁场应强度按照一定的角频率ω以正弦或者余弦的规律变化时，应变变化的角频率则为2ω，而且应变的幅度较小，波形不好。当外加一个恒定的磁感应强度时，即使磁致伸缩材料处于极化状态，此时磁致伸缩材料的应变将产生三种分量，即恒定的分量、基频分量和倍频分量，

而基频分量比没有极化时大得多。鉴于这一现象，磁致伸缩材料总是在极化状态下应用。在这一情况下，磁致伸缩效应所产生的应变与外加磁感应强度的变化是同频率的。

超声波换能器工作原理

2、超声波换能器的工作原理 (1) 超声波换能器：一种能把高频电能转化为机械能的一种装置，一般有磁致伸缩式和压 电陶瓷式。电源输出到 超声波发生器，再到超声波换能器，一般还要经过 超声波导出、接收 装置就可以产生超声波了。 (2) 超声波换能器的组成：包括外壳、匹配层即声窗、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出 电缆，其特征在于它还包括阵列接收器， 它由引出电缆、换能器、金属圆环、橡胶垫圈组成。 (3) 超声波换能器的原理与作用：超声波换能器即是谐振于超声频率的压电陶瓷，由材料 的压电效应将电信号转换为机械振动 ?超声波换能器是一种能量转换器件，它的功能是将输 入的电功率转换成机械功率(即超声波)再传递出去，面它自身消耗很少的一部分功率。 超声波换能器的种类：可分为压电换能器、 夹心换能器、柱型换能器、倒喇叭型换能器等等。 40kHZ 超声波发射/接收电路综述 40kHZ 超声波发射电路 ⑴ 10kHz 因声波发射器］1 ) 40kHZ 超声波发射电路之一，由 F1~F3三门振荡器在F3的输出为40kHZ 方波，工作 频率主 要由C1、R1和RP 决定，用RP 可调电阻来调节频率。 F3的输出激励换能器 T40-16 的一端和反向器 F4, F4输出激励换能器 T40-16的另一端，因此，加入 F4使激励电压提高 了一倍。电容 C3、C2平衡F3和F4的输出，使波形稳定。电路中反向器 F1~F4用CC4069 六反向器中的四个反向器，剩余两个不用(输入端应接地)。电源用 9V 叠层电池。测量F3 输出频率应为40kHZ ± 2kHZ 否则应调节 RR 发射超声波信号大于 8m 。 40kHZ 超声波发射电路 ⑵ 1615? F 100 — ^500 T40-16

超声波换能器与超声波系统保养细则

超声波换能器与超声波系统保养细则 目录: 超声波换能器的作用及不同分类方式2关于超声波的问题与客户对话4野田超声波如何做好保养5

超声波换能器的作用及不同分类方式 超声波换能器对一些不了解的客户可能不清楚，那么什么是超声波换能器，它有什么作用？它又有什么分类方式？ 首先，野田先给各位讲讲什么是超声波换能器。什么是超声波换能器是由锆钛酸铅压电陶瓷材料制造的夹芯式构件组成，通常无纺布分切机、无纺布分 条机、 无纺布剪切机的超声波焊接头处就会有一组超声波换能器。超声波换能器主要 功能是实现声能、电能、机械能的能量转换。 其次，超声波换能器对无纺布分切机、无纺布分条机、无纺布剪切机的作用主要表现在能量转化上，主要通过超声波换能器把超声波能量集中，然后转 化到超 声波模具及焊接头上。 再次，超声波换能器的分类方式有多种多样，常见的有： 1.按照换能器的工作介质，可分为液体换能器、固体换能器以及气介超声换能 器等。 2.按照换能器的工作状态，可分为接收型超声换能器、发射型超声换能器和收 发两用型超声换能器。 3.按照换能器的振动模式，可分为剪切振动换能器、扭转振动换能器、纵向振 动换能器、弯曲振动换能器等。 4.按照能量转换的机理和所用的换能材料,可分为电磁声换能器、静电换能器、机械型超声换能器、磁致伸缩换能器、压电换能器等。

5.按照换能器的形状，可分为圆柱型换能器、棒状换能器、圆盘型换能器、复 合型超声换能器及球形换能器等。 6.按照换能器的输入功率和工作信号，可分为检测超声换能器、脉冲信号换能器、功率超声换能器、连续波信号换能器、调制信号换能器等。 以上，可得超声波换能器分类方式多种多样，作用也不相同。我司的无纺布分切机、无纺布分条机、无纺布剪切机的超声波换能器主要应用振动模式， 能量转化。确保了剪切和分条的精确度，也保证无纺布分切机、无纺布分条机、无纺布剪切机的生产效率。 关于超声波的问题与客户对话 听业务部说，经常有客户打电话进来问到无纺布分切机、无纺布分条机、无纺 布剪切机的事时就会询问有关于超声波的问题。今天野田就把客户最常问到的 关于超声波问题的疑问整理出来，给大家分享一下一些常见的关于超声波的问题。

超声波发生器与换能器的匹配设计

时间：2008-1-31 16:25:22来源：转载文号：大中小超声波发生器与换能器匹配包括两个方面，一是通过匹配使发生器向换能器输出额定的电功率，这是由于发生器需要一个最佳的负载才能输出额定功率所致，把换能器的阻抗变换成最佳负载，也即阻抗变换作用； 二是通过匹配使发生器输出效率最高，这是由于换能器有静电抗的原因，造成工作频率上的输出电压和电流有一定相位差，从而使输出功率得不到期望的最大输出，使发生器输出效率降低，因此在发生器输出端并上或串上一个相反的抗，使发生器负载为纯电阻，也即调谐作用。由此可见匹配的好坏直接影响着功率超声源的产生和效率。中国超声波论坛 二、阻抗匹配 为了使功率放大器输出额定功率最大；在电源电压给定条件下主要取决于负载阻抗。一般在D类开关型功放中其发生器变压器初级等效负载Rl'上的输出功率表达式，式中，VAm 为等效负载上的基波幅度；vcc为电源电压；vces为功放管饱和压降，故为了保证系统有一定功率余量(因输出变压器，末级匹配回路及晶体管损耗电阻都有损耗，po' 需要乘上一个约等于1．4—1．5的系数。即输出功率po为1．5Po'； 从上式可知，在电源电压给定之后，输出功率的大小取决于等效负载RL’。目前大多数功率超声发生器的负载为压电型换能器，其阻抗约为几十欧姆至几百欧姆间，为了要达到要求的额定功率，因此需要对换能器负载RL进行阻抗变换。由高阻抗变换为低阻抗。一般常用的方法，通过输出变压器的初次级线圈的匝数比进行变换。变压器次初级匝数比为n／m，则输出功率PO时的初级电阻 举例：要求一发生器输出在换能器上的功率为1000W，设直流电VCC为220V，VCES=10V，功率应留有一定余量，则 PO='=1500W。则变压器初级的Ω

超声换能器特性回望

综 述 超声换能器特性回望 李　衍 (江苏太湖锅炉股份有限公司,江苏无锡　214187) 摘　要:回望并介绍了超声换能器影响检测灵敏度和分辨力的若干重要物理特性,有助于换能器的更新换代和缺陷定量定性技术的完善与提高,也有助于T OFD 、相控阵、SH 横波和导波等UT 新技术的推广应用。 关键词:超声换能器;物理特性;超声检测 中图分类号:T G115.28　文献标识码:A 文章编号:1671-4423(2006)02-01-05 1　压电换能器 换能器是将一种形式的能量转换成另一种能量的器具。超声换能器能将电能转变成机械能(声能),也能将机械能(声能)转变成电能。现代探伤有几种方法可产生和检出超声脉冲,最常用的是利用某些材料的压电效应。其它还有电磁声换能器(EM AT )和激光技术。 1880年居里兄弟发现:从某些晶体材料按特定方向切割下来的薄片,当受机械力作用产生变形时,会在薄片两面产生电压,他们称此现象为“压电”。翌年,李普曼又发现了相反的现象:加在薄片两面的电压也会使薄片产生机械变形(即逆压电效应)。石英(SiO 2 )是压电材料的典型,四水酒石酸钾钠(罗谢尔盐)和电石晶体也显示相同效应。 在超声探伤最初30年间,从1929年直到19世纪50年代末,石英一直是最常用的换能器材料。所 需薄片是从石英单晶体上切割下来的。随后,又开发了新的多晶材料。这种材料电阻抗较低(耐高频),超声特性较优,效率比石英高60%～70%。做换能器前,多晶材料须经极化处理。极化时,各晶体按同向排列整齐,以使其综合效应相干;极化方法:将多晶薄片置于油浴槽中加热到接近临界温度即居里温度,并在薄片两侧施加强静电场,然后使之降温缓冷(图1)。 超声探伤常用的压电材料,其居里温度各不相同,故油浴槽温度需根据所使用的压电材料加热到适当 温度。如:钛酸钡(BaT iO 3)的居里温度约为120℃, 图1　压电晶片的极化 而不同牌号的锆钛酸铅(PbZrT iO 3,缩写PZT ),居里温度为190℃～350℃,偏铌酸盐(PM N)约为400℃。若使压电材料随后加热到居里温度,它就会“退极”,丧失压电特性。因此,检测高温试件时,须防止换能器“退极”。必要时,应另选换能器材料。 2　几个重要物理特性 2.1　振动模式 换能器薄片,不管是由自然界存在的压电单晶体制成,还是由极化的多晶体材料制成,当言及探头结构时,通常都称其为“晶片”。晶片可为圆形或矩形;对某些应用,还可作成瓦形或凹面,以使声束聚焦。晶片受到电脉冲激励时产生的振动模式,对石英单晶来说,取决于其切割方向;对多晶体来说,则取决于其极化方向。图2即典型的石英单晶体;图2(a )中标有结晶学规定的三个晶轴;图2(b)为从晶体上切下的两晶片,分别为X-切割晶片和Y-切割晶片。这里,所谓X-切割晶片是指表面与X 轴相垂直的晶片,而Y-切割晶片是指表面与Y 轴相垂直的晶片。若将交变电压施加于晶片两面,X-切割晶片会在厚度方向产生伸缩变形,而Y-切割晶片会在 第30卷第2期2006年4月 无损探伤N D T Vol.30No.2 Apr il.2006

超声波换能器基本知识

超声波换能器基本知识 超声波换能器基本组成： 换能器由外壳、匹配层、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出电缆和Cymbal阵列接收器组成。压电陶瓷圆盘换能器采用厚度方向极化的PZT-5压电材料制成，Cymbal阵列接收器由8～16只Cymbal换能器、两个金属圆环和橡胶垫圈组成。压电陶瓷圆盘换能器用作基本的超声波换能器，由它发射和接收超声波信号；Cymbal阵列接收器位于圆盘式压电换能器之上，作为超声波接收器，用于接收圆盘换能器频带之外的多普勒回波信号。本发明的作用距离大于35m，频带宽度达到10kHz，能检测高速移动的远距离目标。

超声波换能器功能结构： 超声波换能器，包括外壳(1)、匹配层即声窗(2)、压电陶瓷圆盘换能器(3)、背衬(4)、引出电缆(5)，其特征在于它还包括Cymbal阵列接收器，它由引出电缆(6)、8～16只Cymbal换能器(7)、金属圆环(8)、(9)和橡胶垫圈(10) 组成；Cymbal阵列接收器位于圆盘式压电换能器3之上；压电陶瓷圆盘换能器用作基本的超声波换能器，由它发射和接收超声波信号；Cymbal阵列接收器位于圆盘式压电换能器之上，作为超声波接收器，用于接收圆盘换能器频带之外的多普勒回波信号。 超声波换能器常见问题 1、超声波振子受潮，可以用兆欧表检查与换能器相连接的插头，检查绝缘电阻值就可以判断基本情况，一般要求绝缘电阻大于5兆欧以上。如果达不到这个绝缘电阻值，一般是换能器受潮，可以把换能器整体（不包括喷塑外壳）放进烘箱设定100℃ 左右烘干3小时或者使用电吹风去潮至阻值正常为止。 2、换能器振子打火，陶瓷材料碎裂，可以用肉眼和兆欧表结合检查，一般作为应急处理的措施，可以把个别损坏的振子断开，不会影响到别的振子正常使用。

超声波换能器的基本原理

. 超声波换能器的基本原理 压电式换能器：压电式换能器利用了某些单晶材料的压电效应和某些多晶材料的电致伸缩效应。 超声波压电效应 某些单晶材料的结构具有非对称特性，当这些材料受到外加应力作用而产生应变时，其内部晶格结构的变化（形变）会破坏原来宏观表现为电中性的状态，产生极化电场（电极化），所产生的电场（电极化强度）与应变的大小成正比。这种现象称为正压电效应，它是由居里兄弟于1880年发现的。随后，在1881年又进一步发现这类单晶材料还具有逆压电效应，即具有正压电效应的材料在受到外加电场作用时，会有应力和应变产生，其应变与外电场的大小成正比。压电效应是晶体结构的一个特性，它与晶体结构的非对称性有关，而压电效应的大小及性质则与施加的应力或电场对晶体结晶轴的相对方向有关。具有压电效应的单晶材料种类很多，最常用的如天然石英（SiO2）晶体，以及人工单晶材料如硫酸锂（Li2SO4）、铌酸锂（LiNbO3）等等。 2电致伸缩效应 某些多晶材料中存在有自发形成的分子集团，即所谓“电畴”，它具有一定的极化，并且沿极化方向的长度往往与其他方向的长度不同。当有外加电场作用时，电畴会发生转动，使其极化方向与外加电场方向趋于一致，从而使该材料沿外加电场方向的长度将发生变化，表现为弹性应变。这种现象称为电致伸缩效应。 3.磁致伸缩式换能器 磁致伸缩式换能器利用了磁致伸缩效应，这时特定合金材料结晶结构的物理特性，即某些铁磁体及其合金，以及某些铁氧体中的磁畴，在其自发磁化方向上的长度可能与其它方向上的不同。当有外加磁场作用时，由于这种磁畴将发生转动，使其磁化方向尽量与外磁场方向趋于一致，从而使该材料沿外磁场方向的长度将发生变化，表现为弹性应变（当然，这种变形引起的应变是很小的，约在10-5~10-6之间）。这种现象即是磁致伸缩效应。相反，具有磁致伸缩效应的材料在经受外加应力或应变时，其磁化强度也会发生改变，此即为逆磁致伸缩效应。这样，在对磁致伸缩材料施以交变磁场时，该材料将沿磁力线方向发生磁致形变，从而可以在与它表面紧密接触的介质中激发出机械振动波-[1]。同样，利用逆磁致伸缩效应则可达到接收超声波的目的：施加到磁致伸缩材料上的应变（弹性应力-超声波作用力）将使处在外加磁场中的该材料其磁场的磁通密度发生变化（此即所谓磁弹性效应），从而使位于该材料表面上的检测线圈中将因磁通密度变化而产生感应电势，可以用作磁弹性效应的信号，达到接收超声波的效果（注意磁场方向应和应力方向-超声波产生的质点振动方向一致）。根据磁致伸缩的变化状态，可以分为： [1]线型磁致伸缩：在发生应变时，材料的体积不变，但在长度方向上伸缩变化的程度大，这是磁致伸缩式换能器主要应用的类型。但是，它只能在居里温度以下的情况发生，若温度超过居里点后将只能存在体积型磁致伸缩。 [2]体积型磁致伸缩：在发生应变时，材料的体积也会发生变化。磁致伸缩式换能器主要用于低频大功率的场合，这与其频率受限制和受磁性材料特性参数限制的因素有关，它特别是在功率超声应用领域中有着广泛应用，其特点主要是机械强度高，性能稳定，水密要求低（不会水解）。但是，它的涡流和磁滞损耗较大，电声转换效率不如压电式换能器，而且通常需要有较大的激励电能以用于大功率场合。需要注意的是，在施以交变磁场时，由于趋肤效应

超声换能器用途解析

超声换能器的用途 超声波常用的换能器由振动激励方式区分分为磁致伸缩换能器和电致伸缩换能器 . 20世纪初，电子学的发展使人们能利用某些材料的压电效应和磁致伸缩效应制成各种机电换能器。1917年，法国物理学家朗之万用天然压电石英制成了夹心式超声换能器，并用来探查海底的潜艇。随着军事和国民经济各部门中超声应用的不断发展，又出现更大超声功率的磁致伸缩换能器，以及各种不同用途的电动型、电磁力型、静电型换能器等多种超声换能器。 二、超声换能器 超声诊断仪是依靠超声换能器产生入射超声波（发射波）和接收反射的超声波（回波）的．所以在医用超声诊断仪中超声换能器又称为探头． 超声换能器的机械振荡是由高频电能激励产生的．反射回来的超声能量又通达超声换能器转换为电脉冲．探头能将电能转换为声能，又能将声能转换成电能，故有换能器之称． （一）压电效应 1、正压电效应 在晶体或陶瓷的一定方向上，加上杌械压力，使其变形，晶体或陶瓷的两个受力面上， 产生符号相反的电荷；变形方向相反，两面的电荷极性随之变换．电荷密度同施加的机械力成正比．这种因机械力作用而激起表面的电荷效应，称为正压电效应． ２．逆压电效应 在晶体或陶瓷表面沿轴方向施加电压，在电场作用下引起几何应变，电压方向改变，机械应变方向亦随之改变，形变与电场成比例．这种因电场作用而引起的形变效应，称为逆压电效应．超声诊断仪探头在发射超声波时是逆压电效应．接收超声回波时产生压电效应． （二）压电材料和压电振子 具有压电效应的材料很多，如石英、酒石酸钾钠等晶体，有钛酸钡、钛酸铅、铌酸锂、铌酸钡、钛酸锂、锆钛酸铅等陶瓷都是具有压电效应的材料；压电材料有压电效应就有逆压电效应．自锆钛酸铅问世以来，医用超声换能器所用的压电材料就由锆钛酸铅代替了． 在压电体的正反表面上进行极化，覆盖上一层激励电极后，就成为压电振子，就具有正压电效应和逆压电效应． 换能器的压电振子相当于一个电容（具有容抗作用），在超声发射电路中与线圈形成并联谐振，得到高频激励电压，产生机械振动和超声波．压电换能器上施加的交变电压的频率与换能器的压电振子的固有频率相等时，才能获得最大的机械振动． （三）诊断用超声换能器的基本结构形式 １．基本单元换能器 根据临床诊断的要求，换能器有许多种不同结构形式，而单元换能器是基本的结构．单元换能器它由主体和壳体两部分组成． （１）主体：包括：①压电振子，它是产生压电效应的元件．

超声波换能器

超声波无损检测技术工艺 第二章 超声换能器 §2.2 压电换能器 §2.2.4超声检测用压电换能器的种类,结构,设计与制作工艺的考虑因素 一.超声检测技术中常用压电换能器的种类 在超声检测技术中应用的压电换能器是多种多样的,但最广泛应用的是厚度振动型的压电换能器(俗称探头),它受激励而产生的超声波是纵波,然后可以利用超声波的折射特性,通过适当的方法实现波型转换,把纵波转换成其他所需要的波型用于检测.此外,根据激发超声波的工作频谱,可以把探头分为宽频带(窄脉冲)探头(可窄至一周半)和窄频带脉冲探头,前者主要用于要求具有较高分辨力的超声检测,而后者则主要用于如穿透法,谐振法,声振法等的超声检测. 在实际应用中,最常见的是根据探头的用途和结构特点来分类,大致上有: 1.普通直探头:由单块压电晶片兼并发射与接收功能而制成的探头,其晶片多为圆形薄片,还可分为液浸法检测用的和直接接触法用的探头 2.普通斜探头:由单块压电晶片兼并发射与接收功能,其晶片多为圆形,方形和矩形薄片.其上配有斜楔以改变晶片受激产生的纵波在界面上的入射角,利用超声波的折射特性产生波型转换,从而在检测介质中激发出所需要的波型.它主要用于直接接触法检测,根据所激发波型的不同,可以分为: (1)横波探头:用于对工件内部及表面缺陷的横波检测,例如检测焊缝 (2)瑞利波（表面波）探头:用于对具有光洁表面的工件的表面缺陷检测,例如检测叶片表面裂纹 (3)板波(兰姆波)探头:用于薄板检测 (4)爬波探头:用于粗糙表面工件的近表面缺陷检测 (5)可变角探头:可调整纵波入射角以探索适当波型超声波的激发条件以及调整超声波在被检介质中的折射角度 此外还有如纵波斜探头及各种适应不同工件需要的专用探头. 3.组合双晶探头:由两块晶片分别发射和接收超声波,晶片形状有两块半圆形(分割式),两块方形或两块矩形等.探头上配有延迟块,用以小范围改变纵波入射角以调节超声波进入工件的状态,而且起到延迟阻塞时间,抑制近场干扰等作用,从而显著提高检测的近表面分辨力.两块晶片之间还配置了隔声层以阻隔入射界面上产生的直通波和屏蔽感应电场的干扰(即起到电声屏蔽的作用).按照产生的波型和结构形式,可以分为: (1)组合双晶直探头:包括液浸法检测与直接接触法检测应用的探头,尤其以后者为常用.全部元件组合在一个整体之内,在工件中激励的是纵波-在被检介质中是以折射纵波进行检测的。 (2)组合双晶斜探头:用于直接接触法,全部元件(包括斜楔)组合在一个整体内,主要用于在工件中激励横波或瑞利波进行检测。 (3)骑马式组合双晶探头:两块晶片分别安置在一个马鞍形的座块两侧,在工件中激励纵波,同时也兼有横波与瑞利波成分,可进行综合波型检测,特别适合于小直径棒材的检测 4.聚焦探头:利用声透镜原理或直接烧结而成的曲面形压电晶片,使激励的超声波束能汇聚成细长(或扁长)形状,有利于声能高度集中,从而明显提高穿透性,指向性和分辨率以及信噪比。聚焦探头的种类很多,主要有: (1)接触法聚焦直探头 (2)液浸法聚焦直探头 (3)接触法聚焦斜探头 (4)接触法组合双晶聚焦斜探头

超声波发生器与换能器的匹配设计

声波发生器与换能器的匹配设计 超声波发生器与换能器的匹配设计 选自《近代超声原理与应用》袁易全主编作者：陈思忠 、匹配概述超声波换能器与发生器匹配包括两个方面，一是通过匹配使发生器向换能器输出额定的电功率，这是由于发生器需要一个最佳的负载才能输出额定功率所致，把换能器的阻抗变换成最佳负载，也即阻抗变换作用；二是通过匹配使发生器输出效率最高，这是由于换能器有静电抗的原因, 造成工作频率上的输出电压和电流有一定相位差，从而使输出功率得不到期望的最大输出，使发生器输出效率降低，因此在发生器输出端并上或串上一个相反的抗，使发生器负载为纯电阻，也即调谐作用。由此可见匹配的好坏直接影响着功率超声源的产生和效率。 、阻抗匹配 为了使功率放大器输出额定功率最大；在电源电压给定条件下主要取决于负载阻抗。一般在D类开关型功放中其发生器变压器初级等效负载RI' 上的输出功率表达式为： 式中，VAm为等效负载上的基波幅度; vcc为电源电压；vces为功放管饱和压降，故 为了保证系统有一定功率余量（因输出变压器，末级匹配回路及晶体管损耗电阻都有损耗，po'需要乘上一个约等于1. 4—1. 5的系数。即输出功率po为1. 5Po'; 从上式可知，在电源电压给定之后，输出功率的大小取决于等效负载RL'。目前大多数功率超声发生器的负载为压电型换能器，其阻抗约为几十欧姆至几百欧姆间，为了要达到要求的额定功率，因此需要对换能器负载RL进行阻抗变换。由高阻抗变换为低阻抗。一般常用的方法，通过输出变压器的初次级线圈的匝数比进行变换。变压器次初级匝数比为 n/m则输出功率PO时的初级电阻

举例：要求一发生器输出在换能器上的功率为1000W设直流电VCC为 220V, VCES=10V功率应留有一定余量，则PO=1.5PO'=1500W则变压器初级的 6.5 Q 若换能器谐振时等效电阻RL= 200Q,则输出变压器次级/初级圈数比 以上称谓阻抗变换，是通过输出变压器实行的。 输出变压器是超声波发生器阻抗匹配、传输功率的重要部件，它的设计与绕制工艺对发生器的工作安全是十分重要的。它不仅会以漏感、励磁电流等方式影响电路的工作，其漏感还是形成输出电压尖峰的主要原因。为此，在设计时，应选取具有高磁通密度B,高导磁率卩，高电阻率pc 和低矫顽力He的高饱和材料作铁芯。一般在防止高频变压器的瞬态饱和时，在设计时要注意如下几点： 1. 工作磁通密度B的选取 铁芯材料的磁感应增量4B愈大，所需线圈匝数愈少，直流电阻R也愈小，从而线圈的铜损Pm也愈小。4B取得高时，传输的脉冲前沿就愈陡。因此，在设计变压器时，选取高磁通密度的材料作铁芯，这对降低变压器的损耗、减小体积和重量都是很有利的。为了避免在稳态或过渡过程中发生饱和，一般选取工作磁通密度B W Bs/ 3为宜，这里Bs为磁芯的最大和磁通密度。 2. 要保证初级电感量足够大 一般要求变压器初级阻抗应满足下式关系：WLl> 15RL'，其中RL'为次 级负载所算到初级边的等效电阻值，WLl为初级电感感抗，若初级电感 量太小，励磁电流将比较大，励磁电流过大，变压器的损耗将增加，温升随之增高，从而降低Bs，使变压器进入饱和的可能性增大。 3. 要考虑“集肤效应”的影响 在高频工作时，流过导线的电流会产生“集肤效应”。这相当于减少了导线有效截面积，增加了导线的电阻，从而引起导线的压降增大，导致变压器温度升高，结果增大了变压器进入饱和的危险性，建议采用小直径的多股导线并绕的方法。 三、调谐匹配 由于压电换能器有静电容Co,磁致伸缩换能器有静电感L0,在换能器谐振状态时，换能器上的电压VRL与电流IRL间存在着一相位角?，其输出功率pg

压电超声换能器的应用与发展

压电超声换能器的应用与发展 摘要: 压电换能器是超声技术的主要部件, 其种类多, 用途及发展前景广。该文回顾了超声换能器的发展历程, 概括总结了压电超声换能器的分类和应用, 分析了压电超声换能器的发展趋势。大功率、低压驱动、高频、薄膜化、微型化、集成化是当前的发展方向。 超声换能器是实现声能与电能相互转换的部件。最早的超声换能器是P1 郎之万(P1L angevin) 在1917 年为水下探测设计的夹心式换能器。这个换能器是以石英晶体为压电材料, 用两块钢板在两侧夹紧而成的。1933 年以后出现的叠片型磁致伸缩换能器, 强度高、稳定性好、功率容量大, 迅速取代了当时的郎之万换能器。到了50 年代, 由于电致伸缩材料、钛酸钡铁电陶瓷、锆钛酸铅压电陶瓷的研制成功, 使郎之万型超声换能器再度兴起。目前压电超声的应用范围很广, 且对超声测量精度、测量范围、超声功率以及器件的微小化程度的要求越来越高。目前妨碍超声广泛应用的原因是缺少适用、可靠、经济、耐用的超声换能器。超声换能器历来是各种超声应用的关键部件, 国内外均大力研究, 近年来取得了很多成就。本文将介绍压电超声换能器的种类、应用和发展。 1压电超声换能器的种类 压电超声换能器的种类很多, 按组成超声换能器的压电元件形状分为薄板形、圆片形、圆环形、圆管形、圆棒形、薄壳球形、压电薄膜等; 按振动模式分为伸缩振动、弯曲振动、扭转振动等; 按伸缩振动的方向分为厚度、切向、纵向、径向等; 按压电转换方式分为发射型(电2声转换)、接收型(声2电转换)、发射2接收复合型等。 2压电换能器的应用 压电换能器的应用十分广泛, 它按应用的行业分为工业、农业、交通运输、生活、医疗及军事等; 按实现的功能分为超声加工、超声清洗、超声探测、检测、监测、遥测、遥控等; 按工作环境分为液体、固体、气体、生物体等; 按性质分为功率超声、检测超声、超声成像等。 (1) 压电陶瓷变压器压电变压器是利用极化后压电体的压电效应来实现电压输出的。其 输入部分用正弦电压信号驱动, 通过逆压电效应使其产生振动, 振动波通过输入和输出部分的机械耦合到输出部分, 输出部分再通过正压电效应产生电荷, 实现压电体的电能2机械能2 电能的两次变换, 在压电变压器的谐振频率下获得最高输出电压。与电磁变压器相比, 这具有体积小, 质量轻, 功率密度高, 效率高, 耐击穿, 耐高温, 不怕燃烧, 无电磁干扰和电磁噪声, 且结构简单、便于制作、易批量生产, 在某些领域成为电磁变压器的理想替代元件等优点。此类变压器用于开关转换器、笔记本电脑、氖灯驱动器等。(2) 超声马达超声马达是把定子作为换能器, 利用压电晶体的逆压电效应

超声换能器的分类V1.4

技术支持：上海谐鸣超声 压电（超声）换能器的分类 超声换能器应用范围较广，型号类别较多，换能器制作材料主要有压电陶瓷、单晶、复合材料和磁致伸缩材料等，其中压电陶瓷使用较多，这里简单的介绍一下压电换能器的主要分类，大致如下： 1、根据换能器工作过程声波的传播介质分： A.气介换能器：以气体做为声波的传播媒介，如空气测距和气体流量换能 器等； B.液介换能器：以液体做为声波的传播媒介，如水下测距和液体流量换能 器等； C.固介换能器：以固体做为声波的传播媒介，如无损检测换能器基本属于 该类； 2、根据换能器工作过程中所起的作用分： A.发射型换能器：换能器只用来发射声波（信号）； B.接收型换能器：换能器只用来接收声波（信号）； C.收发共用型换能器：换能器既用于发射又用来接收声波（信号）； 3、根据换能器的振动模式分： A.夹心/纵向振子换能器：按一定的结构将机械部件和压电陶瓷通过预应力 组合在一起，如超声清洗和焊接用的换能器一般都是属于该类型； B.弯曲振动（叠片）换能器：以弯曲振动的模式发射和接收声波（信号）， 如倒车雷达上所使用的换能器属于该类型； C.普通/常规换能器：仅单独使用压电陶瓷，利用其本身各种振动模式，通 过胶黏剂固定密封于壳体内，该类型换能器使用场合较普遍，无损检测 换能器大多属于该类型； D.其他振动模式换能器：如弯张型、钹式等，但应用少，在此不一一罗列； 4、根据换能器的带宽分：有宽带和窄带换能器，水声上用的较多； 5、根据换能器耐温性分：普通型，中温型和高温型换能器； 6、根据换能器耐压力性分：普通型和高压型换能器； 7、根据换能器频率分：低频、中频和高频换能器； 换能器分类较多，以上罗列了部分分类形式，仅供参考。（上海谐鸣超声） 1

换能器使用需知

超声波换能器的使用须知 尊敬的客户，非常感谢您给予我们的信任，使用我公司的辉虹牌和辉芮牌超声波换能器系列产品。 作为国内规模最大、质量最好的大功率超声波换能器专业制造商，我们致力于向客户提供优质可靠的产品。由于超声波技术的特殊性，我们的产品有赖于您的精心配合和支持才能发挥出它的最大功能。 使用超声波换能器最主要考虑的问题就是与输入输出端的匹配，其次是机械安装和配合尺寸。换能器的频率相对而言还比较直观些。该频率是指用频率（函数）发生器，毫伏表，示波器等通过传输线路法测得的频率，或用网络阻抗分析仪等类似仪表测得的频率。一般通称小信号频率。与它相对应的是上机频率，即客户将换能器通过电缆连到机箱上，通电后空载或有载时测得的实际工作频率。因客户匹配电路各不相同，同样的换能器在不同的驱动电源（电箱）表现出来的频率是不同的，这样的频率不能作为交流讨论的依据。 1、试用时效果不好怎么办？ 试用时常见的问题是晶片开裂、无力、易过载、电极片打火、电极片开裂、发热严重、怪声、漏波、晶片错位。 应该说，在试用阶段出现一些问题是很正常的，也可以说是必然的。其原因从宏观上说主要是国内超声波工业发展的历史还比较短，技术和经验积累还不够。具体到用户，则有各种各样的原因。如对超声波系统没有深刻和充分的理解，驱动电路是模仿国外产品，结构设计及模具是师傅教的，没有深厚的理论基础，检测和测量仪器缺乏，工厂生产任务繁重，客户赶货等等。 发生了问题，我们认为原因可以归为三类。其一是客户的驱动电源或模具及装配有问题，其二是我们的换能器及变幅杆有问题，第三是双方的产品都没有问题，但不匹配。 第一种情况，我们建议客户积极的查找原因，或向同行请教，或与我们公司技术人员沟通，尽快改进。就算您不采用我们公司的产品，但改进自身存在的问题绝对是有利而无害的。 第二种情况也是必定会发生的，只不过发现的可能性很小。我们公司可以自豪的说，我们公司生产国内产品质量最好品种最全的大功率超声波换能器，变幅杆，国内大的超声波设备整机企业几乎全是我们的客户。而且，我们每种换能器都有许多客户同时在使用。通过客户使用故障反馈意见，我们对每种换能器产品的平均质量水平是非常清楚的，同时有 ISO9000 质量认证体系和严格的工艺和检验，我们换能器产品的质量是有保证的。在正常情况下，我们出厂产品的合格率是 100% ，客户退货率不超过 5% 。若在保修期内退货率超过5% ，我们就会提醒贵公司要引起重视了。还有另一个方法可以作为佐证，照理换能器的质量不好是个别情况，而且原因也应各不相同；若换能器都成批的出现同样的情况，则应该说有个必然的原因在里面了。 第三种情况是最常见的，就是客户的驱动电源是好的，换能器也是好的，组装也是正常的，但是各部分不匹

超声波发生器与换能器的匹配设计

超声波发生器与换能器的匹配设计 选自《近代超声原理与应用》袁易全主编作者：思忠 一、匹配概述 超声波发生器与换能器匹配包括两个方面，一是通过匹配使发生器向换能器输出额定的电功率，这是由于发生器需要一个最佳的负载才能输出额定功率所致，把换能器的阻抗变换成最佳负载，也即阻抗变换作用； 二是通过匹配使发生器输出效率最高，这是由于换能器有静电抗的原因，造成工作频率上的输出电压和电流有一定相位差，从而使输出功率得不到期望的最大输出，使发生器输出效率降低，因此在发生器输出端并上或串上一个相反的抗，使发生器负载为纯电阻，也即调谐作用。由此可见匹配的好坏直接影响着功率超声源的产生和效率。 二、阻抗匹配 为了使功率放大器输出额定功率最大；在电源电压给定条件下主要取决于负载阻抗。一般在D类开关型功放中其发生器变压器初级等效负载Rl'上的输出功率表达式为： 式中，V Am为等效负载上的基波幅度； V cc为电源电压；V ces为功放管饱和压降，故 为了保证系统有一定功率余量(因输出变压器，末级匹配回路及晶体管损耗电阻都有损耗，Po' 需要乘上一个约等于1．4—1．5的系数。即输出功率Po为1．5Po'； 从上式可知，在电源电压给定之后，输出功率的大小取决于等效负载R L’。目前大多数功率超声发生器的负载为压电型换能器，其阻抗约为几十欧姆至几百欧姆间，为了要达到要求的额定功率，因此需要对换能器负载R L进行阻抗变换。由高阻抗变换为低阻抗。一般常用的方法，通过输出变压器的初次级线圈的匝数比进行变换。变压器次初级匝数比为n／m，则输出功率P O时的初级电阻

举例：要求一发生器输出在换能器上的功率为1000W，设直流电V CC为220V，V CES=1V，功率应留有一定余量，则P O=1.5P O'=1500W。则变压器初级的 6.5Ω 若换能器谐振时等效电阻RL＝200Ω，则输出变压器次级／初级圈数比 以上称谓阻抗变换，是通过输出变压器实行的。 输出变压器是超声波发生器阻抗匹配、传输功率的重要部件，它的设计与绕制工艺对发生器的工作安全是十分重要的。它不仅会以漏感、励磁电流等方式影响电路的工作，其漏感还是形成输出电压尖峰的主要原因。为此，在设计时，应选取具有高磁通密度B，高导磁率μ，高电阻率ρc和低矫顽力Hc的高饱和材料作铁芯。一般在防止高频变压器的瞬态饱和时，在设计时要注意如下几点： 1．工作磁通密度B的选取 铁芯材料的磁感应增量ΔB愈大，所需线圈匝数愈少，直流电阻R 也愈小，从而线圈的铜损P m也愈小。ΔB取得高时，传输的脉冲前沿就愈陡。因此，在设计变压器时，选取高磁通密度的材料作铁芯，这对降低变压器的损耗、减小体积和重量都是很有利的。为了避免在稳态或过渡过程中发生饱和，一般选取工作磁通密度B≤Bs／3为宜，这里Bs 为磁芯的最大和磁通密度。 2. 要保证初级电感量足够大 一般要求变压器初级阻抗应满足下式关系：ωLl≥15R L'，其中R L' 为次级负载所算到初级边的等效电阻值，ωL1为初级电感感抗，若初级电感量太小，励磁电流将比较大，励磁电流过大，变压器的损耗将增加，温升随之增高，从而降低Bs，使变压器进入饱和的可能性增大。 3．要考虑“集肤效应”的影响 在高频工作时，流过导线的电流会产生“集肤效应”。这相当于减少了导线有效截面积，增加了导线的电阻，从而引起导线的压降增大，导致变压器温度升高，结果增大了变压器进入饱和的危险性，建议采用小直径的多股导线并绕的方法。

超声技术的基石_超声换能器的原理及设计

声学换能器技术专题 超声技术的基石———超声换能器的原理及设计 3 林书玉 (陕西师范大学物理学与信息技术学院　西安　710062) 摘　要 超声换能器是在超声频率范围内将交变的电信号转换成声信号或者将外界声场中的声信号转换为电信号的能量转换器件,它是超声技术中的关键器件,其性能好坏直接关系到超声应用技术的效果和使用范围.由于超声技术的应用范围很广,且超声新技术层出不穷,因而与此对应的超声换能器的种类也很多.文章对不同应用背景下多种类型超声换能器的原理及设计进行了阐述,分析了不同类型超声换能器的性能参数及设计要求,简要总结了超声换能器的性能参数测试方法,并对超声换能器的发展趋势进行了一定的分析. 关键词 超声换能器,功率超声换能器,检测超声换能器,电声效率,灵敏度,功率容量 Founda ti ons of ultra son i c technology ———the theory and desi gn of ultra son i c transducers L IN Shu 2Yu (College of Physics and Infor m ation Technology,Shaanxi N or m al U niversity,X i ′an 710062,China ) Abstract U ltras onic transducers convert electric signals into acoustic signals in the ultras onic frequency range,or vice versa .They are key devices in ultras onic technology and their perfor mance deter m ines the effectiveness and uses of ultras onic technology .Because of their diverse app lications,there are many types of ultras onic transduc 2ers .I n this paper,various transducers for different app lications are described,and their theory,design and per 2for mance requirements are analyzed .Their characterizati on is als o outlined,and development trends are analyzed .Keywords ultras onic transducers,po wer transducers,detecti on transducers,electr o 2acoustical efficiency,sensitivity,power capacity 3　国家自然科学基金(批准号:10674090)和教育部博士点基金 (批准号:20050718003)资助项目2008-09-11收到 　Email:sylin@snnu .edu .cn 1　概述 1.1　引言 超声技术出现于20世纪初期.它是以经典声学 理论为基础,同时结合电子学、材料学、信号处理技术、雷达技术、固体物理、流体物理、生物技术及计算技术等其他领域的成就而发展起来的一门综合性高新技术学科.近一个世纪的发展历史表明,超声学是声学发展中最为活跃的一部分,它不仅在一些传统的工农业技术中获得广泛应用,而且已经渗透到国防、生物、医学及航空航天等高技术领域.超声学主要研究超声波在不同介质中的产生、传播、接收、信息处理及有关的效应等问题.超声物理和超声工程是超声学的两个主要方面.超声物理 是超声工程的基础,它为各种各样的超声工程应用 技术提供必需的理论依据及实验数据.超声工程的研究内容主要包括各种超声应用技术中超声波产生、传输和接收系统的工程设计及工艺研究.超声在介质中传播时会产生许多物理、化学及生物等效应,同时因为超声穿透力强、方向性好、信息携带量大、易于实现快速准确的在线检测和诊断而实现无损检测,因而在工业、农业、国防、生物医药和科学研究等方面得到广泛的应用. 超声换能器是在超声频率范围内将交变的电信

【CN110031554A】柔性超声换能器的阵元定位方法、装置和终端【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910233131.7 (22)申请日 2019.03.26 (71)申请人 深圳市理邦精密仪器股份有限公司 地址 518122 广东省深圳市坪山新区坑梓 街道金沙社区金辉路15号 (72)发明人 许春东　马琦　周丹　张欣欣　 欧阳波　莫建华　 (74)专利代理机构 深圳中一专利商标事务所 44237 代理人 郭鸿 (51)Int.Cl. G01N 29/22(2006.01) (54)发明名称 柔性超声换能器的阵元定位方法、装置和终 端 (57)摘要 本发明适用于传感器技术领域，提供了一种 柔性超声换能器的阵元定位方法、装置和终端， 其中，所述阵元定位方法包括：采集参考阵元与 邻近阵元之间串扰信号的强度值；根据所述强度 值，利用预先确定好的串扰信号强度值与阵元夹 角之间的对应关系计算所述参考阵元与所述邻 近阵元之间声场中轴线的夹角大小；根据所述夹 角大小确定所述邻近阵元相对于所述参考阵元 的坐标，以确定所述柔性超声换能器阵元的位 置；实现柔性超声换能器的阵元定位，具有阵元 定位精度高的特点。权利要求书2页 说明书10页 附图3页CN 110031554 A 2019.07.19 C N 110031554 A

1.一种柔性超声换能器的阵元定位方法，其特征在于，包括： 采集参考阵元与邻近阵元之间串扰信号的强度值；所述参考阵元为从所述柔性超声换能器中选定的任意一个阵元，所述邻近阵元为与所述参考阵元邻近的阵元； 根据所述强度值，利用预先确定好的串扰信号强度值与阵元夹角之间的对应关系计算所述参考阵元与所述邻近阵元之间声场中轴线的夹角大小； 根据所述夹角大小确定所述邻近阵元相对于所述参考阵元的坐标，以确定所述柔性超声换能器阵元的位置。 2.如权利要求1所述的阵元定位方法，其特征在于，所述根据所述强度值，利用预先确定好的串扰信号强度值与阵元夹角之间的对应关系计算所述参考阵元与所述邻近阵元之间声场中轴线的夹角大小包括： 根据所述强度值E， 利用预先确定好的串扰信号强度值与阵元夹角之间的对应关系 计算得到所述参考阵元与所述邻近阵元之间声场中轴线的夹角大小 其中， p为所述参考阵元与所述邻近阵元编号的差值，d为最邻近的两个阵元之间的间距，k为振动频率常数；l为有效阵元宽度，θ为邻近阵元的指向角，φ为串扰信号到达所述邻近阵元的相位延迟；A为单阵元无串扰信号，活塞型超声振子的指向性函数；X e (p)为电学串扰指向性因子，X a (p)为声学串扰指向性因子；为电学串扰系数；为声学串扰系数，和的取值为0～1。 3.如权利要求2所述的阵元定位方法，其特征在于，所述根据所述夹角大小确定所述邻近阵元相对于所述参考阵元的坐标，包括： 将所述参考阵元的坐标确定为(0，0)， 并根据所述夹角大小 确定所述邻近阵元的坐标为 4.如权利要求2或3所述的阵元定位方法，其特征在于，在所述根据所述夹角大小确定所述邻近阵元相对于所述参考阵元的坐标之后，包括： 利用公 式迭代出柔性阵元的第i+1个坐标(m i ,n i )相对于所述参考阵元的坐标，其中，i大于或等于2。 5.如权利要求1-3任意一项所述的阵元定位方法，其特征在于，在所述根据所述强度值，利用预先确定好的串扰信号强度值与阵元夹角之间的对应关系计算所述参考阵元与所述邻近阵元之间声场中轴线的夹角大小之前，包括： 权　利　要　求　书1/2页2CN 110031554 A

超声波换能器的匹配设计

超声波换能器的匹配设计 一、匹配概述 超声波发生器与换能器匹配包括两个方面，一是通过匹配使发生器向换能器输出额定的电功率，这是由于发生器需要一个最佳的负载才能输出额定功率所致，把换能器的阻抗变换成最佳负载，也即阻抗变换作用；二是通过匹配使发生器输出效率最高，这是由于换能器有静电抗的原因，造成工作频率上的输出电压和电流有一定相位差，从而使输出功率得不到期望的最大输出，使发生器输出效率降低，因此在发生器输出端并上或串上一个相反的抗，使发生器负载为纯电阻，也即调谐作用。由此可见匹配的好坏直接影响着功率超声源的产生和效率。二、阻抗匹配 为了使功率放大器输出额定功率最大；在电源电压给定条件下主要取决于负载阻抗。一般在D类开关型功放中其发生器变压器初级等效负载Rl'上的输出功率表达式为： 式中，V Am为等效负载上的基波幅度； vcc为电源电压；vces为功放管饱和压降，故 为了保证系统有一定功率余量(因输出变压器，末级匹配回路及晶体管损耗电阻都有损耗，po' 需要乘上一个约等于1．4—1．5的系数。即输出功率po为1．5Po'； 从上式可知，在电源电压给定之后，输出功率的大小取决于等效负载RL’。目前大多数功率超声发生器的负载为压电型换能器，其阻抗约为几十欧姆至几百欧姆间，为了要达到要求的额定功率，因此需要对换能器负载RL进行阻抗变换。由高阻抗变换为低阻抗。一般常用的方法，通过输出变压器的初次级线圈的匝数

比进行变换。变压器次初级匝数比为n／m，则输出功率PO时的初级电阻 举例：要求一发生器输出在换能器上的功率为1000W，设直流电VCC为220V，VCES=10V，功率应留有一定余量，则PO=1.5PO'=1500W。则变压器初 级的 若换能器谐振时等效电阻RL＝200Ω，则输出变压器次级／初级圈数比 以上称谓阻抗变换，是通过输出变压器实行的。 输出变压器是超声波发生器阻抗匹配、传输功率的重要部件，它的设计与绕制工艺对发生器的工作安全是十分重要的。它不仅会以漏感、励磁电流等方式影响电路的工作，其漏感还是形成输出电压尖峰的主要原因。为此，在设计时，应选取具有高磁通密度B，高导磁率μ，高电阻率ρc和低矫顽力Hc的高饱和材料作铁芯。一般在防止高频变压器的瞬态饱和时，在设计时要注意如下几点：1．工作磁通密度B的选取 铁芯材料的磁感应增量ΔB愈大，所需线圈匝数愈少，直流电阻R也愈小，从而线圈的铜损Pm也愈小。ΔB取得高时，传输的脉冲前沿就愈陡。因此，在设计变压器时，选取高磁通密度的材料作铁芯，这对降低变压器的损耗、减小体积和重量都是很有利的。为了避免在稳态或过渡过程中发生饱和，一般选取工作磁通密度B≤Bs／3为宜，这里Bs为磁芯的最大和磁通密度。 2.要保证初级电感量足够大 一般要求变压器初级阻抗应满足下式关系：WLl≥15RL'，其中RL' 为次级负载所算到初级边的等效电阻值，WLl为初级电感感抗，若初级电感量太小，励 6.5Ω