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壓電式超聲波傳感器是利用壓電材料的壓電效應原理來工作的,常用的敏感元件材料主要有壓電晶體和壓電陶瓷。根據正、逆壓電效應的不同,壓電式超聲波傳感器分為發生器和接收器兩種,根據結構和使用的波型不同可分為直探頭、表面波探頭、蘭姆波探頭、可變角探頭、雙晶探頭、聚焦探頭、水浸探頭、噴水探頭和專用探頭等。
壓電式超聲波接收器是利用正壓電效應原理進行工作的。當超聲波作用到壓電晶片上引起晶片伸縮,在晶片的兩個表面上便產生極性相反的電荷,這些電荷被轉換成電壓經放大后送到測量電路,最后記錄或顯示出來。壓電式超聲波接收器的結構和超聲波發生器基本相同,有時就用同一個傳感器兼作發生器和接收器兩種用途。
壓電式超聲波發生器是利用逆壓電效應的原理,將高頻電振動轉換成高頻機械振動,從而產生超聲波。當外加交變電壓的頻率等于壓電材料的固有頻率時會產生共振,此時產生的超聲波最強。壓電式超聲波傳感器可以產生幾十千赫到幾十兆赫的高頻超聲波,其聲強可達幾十瓦每平方厘米。
典型的壓電式超聲波傳感器結構主要由壓電晶片、吸收塊、保護膜等組成。壓電晶片多為圓板形,超聲波頻率與其厚度成反比。壓電晶片的兩面鍍有銀層,作為導電的極板,底面接地,上面接至引出線。為了避免超聲波傳感器與被測件直接接觸而磨損壓電晶片,在壓電晶片下粘合一層保護膜。吸收塊的作用是降低壓電晶片的機械品質,吸收超聲波的能量。