超聲波換能器如何工作？

發布日期：2023-08-22 作者：新威電子點擊：

超聲波換能器是一種電聲轉換器件，可以將電能轉換為超聲波能量。它廣泛應用于醫學影像、工業檢測、無損檢測、清洗和測量等領域。

超聲波換能器由壓電材料構成，壓電材料是一類具有壓電效應的材料，它可以在外界施加壓力或電場的情況下發生形變或產生電荷。常見的壓電材料有氣壓石英、壓電陶瓷等。

超聲波換能器的工作原理可以分為兩個步驟：激勵和接收。

首先是激勵過程。當外界施加在超聲波換能器上的電場發生變化時，壓電材料內部的極化向極性方向移動，并且由于電荷不均，壓電材料內部會產生應力。這種應力通過壓電材料的機械耦合系數將壓力轉換為機械振動。這種振動以超聲波的形式傳播到工作介質中。

接下來是接收過程。當超聲波遇到工作介質后，其能量將被吸收或反射。如果超聲波被吸收，那么它將以聲能的形式儲存在工作介質中。如果超聲波被反射，那么它將回到超聲波換能器的表面。在這種情況下，壓電材料將開始振動，進而產生電位變化。這個電位變化通過超聲波換能器的電極與外部電路連接，被放大和處理，之后轉換為可觀察的電信號。

超聲波換能器的工作頻率范圍通常在幾百千赫茲到幾百兆赫茲之間。不同的應用需要不同的工作頻率范圍。例如，醫學影像中的超聲波頻率通常在幾兆赫茲到幾十兆赫茲之間。

超聲波換能器的性能取決于多個因素，包括壓電材料的特性、超聲波換能器的結構設計和工作條件。例如，壓電材料的機械耦合系數和壓電系數將影響超聲波換能器的靈敏度和產生的超聲波功率。超聲波換能器的結構設計，如振動腔體形狀和電極布局，將影響其工作頻率和方向性。