超聲波探頭工作原理及構(gòu)造介紹

壓電陶瓷

壓電陶瓷是電能與機(jī)械能的結(jié)合作用，亦即兩者能量互換的現(xiàn)象。陶瓷類的壓電元件由于有體積小、壓電活性佳、位移消耗功率低、溫度系數(shù)大、耐酸堿、耦合系數(shù)高、可壓成任意形狀等優(yōu)點，因此其發(fā)展與應(yīng)用日益廣泛。首先發(fā)現(xiàn)的是鈦酸鋇具有壓電性質(zhì)，像鈦酸鉛（BaTiO3）、鋯鈦酸鉛（PZT）、鈮酸鋰等材料都存在有壓電特性。具有壓電效應(yīng)的材料也可以人工方式制造，如聚合體、氧化鋅（ZnO）、陶瓷材料、復(fù)合材料等，其中陶瓷材料因制造容易以及可以制成任意形狀而被廣泛使用，特別是其多樣性的特色，使得陶瓷材料成為壓電元件的主流材料之一。

正逆壓電效應(yīng)

當(dāng)一壓電材料受到機(jī)械應(yīng)力擠壓時，其晶體本身產(chǎn)生形變，由晶體的切割面受到應(yīng)力的作用產(chǎn)生了應(yīng)變，此時材料的兩端表面會產(chǎn)生于所受應(yīng)力大小成比例的電位差，分別有正壓電效應(yīng)及逆壓電效應(yīng)，兩者統(tǒng)稱為壓電效應(yīng)。

當(dāng)所受的機(jī)械應(yīng)力由擠壓變?yōu)樯鞆垥r，材料兩端表面的電荷極性將會隨之相反，此種由于應(yīng)力作用而產(chǎn)生電荷變化的現(xiàn)象，成為正壓電效應(yīng)。如壓電感測器即是利用此原理以感測信號輸出，也可以應(yīng)用于打火機(jī)、瓦斯?fàn)t內(nèi)的點火元件。

反之，當(dāng)材料兩端加入電場時，受到電場作用的影響，導(dǎo)致材料外形產(chǎn)生由收縮變?yōu)樯鞆埖男巫冃?yīng)，稱之為逆壓電效應(yīng)。如壓電震動子則是利用此原理來產(chǎn)生驅(qū)動效果，可作為超聲波清洗器、聲吶、超聲波探傷等。

聚焦探頭工作原理

聚焦探頭是在普通的探頭前加上了聲透鏡。超聲波由于其波長短可以像光一樣通過凹透鏡聚焦成一個點，本課題就是利用聚焦探頭的這個特點檢測表面比較小的缺陷，這里采用了水浸式聚焦探頭。

據(jù)耦合情況不同分為水浸聚焦與接觸聚焦。水浸聚焦的耦合劑為水，換能器不直接與被測物接觸，而接觸聚焦是探頭通過薄層耦合介質(zhì)與被測物接觸。