电磁超声换能器的频率特性
超声换能器的定义及工作原理
超声换能器的定义及工作原理超声换能器的定义及工作原理天堂的乌鸦的日志- 网易博客换能器参数是分三种:1.压电陶瓷片参数(可由生产厂商提供)2.小信号测量换能器(书上有介绍方法,目的为匹配和检查换能器的质量)3.大功率测量(实际产品,现很少有做测量的有效方法)换能器测量时包括的参数:F:谐振频率(既阻抗最小时的状态)FS:反谐振频率(阻抗最大时的状态)F1-F2:带宽R:动态电阻(阻抗)C0:静电容(电容表就可测得)C1:动态电容(匹配参数)L1:动态电感(匹配参数)以上数据可以通过阻抗分析仪/HP4139可以测得关键的是动态的参数1、从纯电学角度：它就是个电容，用电阻表量，不通；用电容表量有几百几千PF的容值；2、从纯机械角度：它是个能谐振的弹性东西，振动在它内部有特殊的模式，象二胡的琴弦，但比它要复杂一点，在不同频率下表现出串联谐振和并联谐振特性；3、从电声学角度：它是个转换器，加电压产生体积变化，限制它体积变化，就对限制它的物体产生力；加力在上就产生电压。
这种转换就象我们电源中用的变压器，描述变压器转换的参数是匝变比n，输入Vp输出Vs，则转换用Vp=-nVs表示，变压器两侧的参数都是电压V。
而描述换能器转换的参数是电声转换系数（电声比）Φ，电端参数电流I，声端(或叫机端)参数是声速v，转换用I= -Φv表示。
因为电学网络分析的理论较成熟，所以把力学向电学靠拢，就是说用电学的描述方式（如V、I、R、L、C等）来描述力学的规律。
在等效图的机端，力F相当于电学的电压V，声速v相当于电学的电流I，力阻抗Zm相当于电阻R。
于是在机端一侧，欧姆定律的力学形式为：F= v·Zm；机端侧的Lm、Cm等只做分析和理解用，是虚拟参数，难以实测，但可以通过其它参数的测量推算出来，如果用的到的话。
对物体施力物体就有状态变化的趋势，阻值形态变化的因素就是力阻Zm产生的原因，如损耗、变为动能、弹性势能等其它能量，于是Zm = Rm + j·Xm = Rm + j·（ωM -K/ω）可以这样理解：损耗因素Rm将能量转化为换能器以外的其它能量如热损，这种能量转换是不可逆的；Xm可以理解为象LC等电元件那样存储能量的因素，包括转变为机械动能的ωM 项、产生弹性形变后变成弹性势能的K/ω项，储能这两项只是暂时存储能量，什么时候回收、什么时候它们之间相互转换，不同形、材的换能器就有不同的表现。
超声换能器参数
超声换能器参数超声换能器参数是衡量超声波传感器性能的重要指标，它们影响超声波在不同工业场景下的检测效果。
以下是超声换能器的主要参数：1. 频率：频率是指超声波换能器在一定时间内发射的电磁脉冲次数，以赫兹（Hz）为单位。
频率越高，声速换算值越大，测量精度越高，但响应时间越短，测量距离越短。
2. 相位：相位关系是指被测物反射回的信号与超声传感器发射的信号在某一时刻的相位位置偏离程度，单位为度。
此参数直接影响超声波传感器的测量精度及其安装角度的正确性。
3. 封装：封装是指超声传感器外壳的结构。
封装应满足超声传感器的使用要求，并符合工业使用环境条件，如防水、防潮、耐磨、抗冲击、耐压和重量等。
4. 振幅：振幅是指超声波传感器在发射过程中发出的振动波的一次振幅大小，通常用英寸（Inch）为单位表示。
振幅越大，超声波波形越完整，信号强度越强，但同时耗电也会较大，激光激励条件较严苛，因此振幅不宜过大。
5. 增益：增益是指超声传感器回放回被测物体发出的信号，经过噪声抑制及波形放大处理后，超声传感器读取的一种比值，单位为分贝（dB）。
增益越高，读取信号强度越大，但过高的增益可能导致信号失真。
6. 带宽：带宽是指超声波传感器在某一频率范围内的工作宽度。
7. 动态电阻（阻抗）：动态电阻是超声波传感器在运行过程中的电阻值，影响其能量转换效率。
8. 动态电容（匹配参数）：动态电容是超声波传感器在运行过程中的电容值，影响其匹配性能。
9. 动态电感（匹配参数）：动态电感是超声波传感器在运行过程中的电感值，影响其匹配性能。
这些参数可以通过专业设备进行测量，如阻抗分析仪等。
了解和调整超声换能器参数，有助于优化超声波传感器的性能和应用效果。
超声波换能器的参数及工作方式类型
超声波换能器的参数及工作方式类型超声波换能器是一种能够将电能转换为超声波能量的装置。
它由压电材料组成，通过电场的作用使材料发生压缩和膨胀，从而产生超声波。
本文将从超声波换能器的参数和工作方式类型两个方面对其进行详细介绍。
一、超声波换能器的参数超声波换能器的参数对其性能和应用有着重要影响，主要包括频率、振幅、工作电压和灵敏度等。
1. 频率：超声波换能器的频率通常指的是压电材料的固有频率，即在不加电场的情况下，材料自身振动的频率。
超声波换能器的频率范围很广，从几十千赫兹到几百兆赫兹不等，可以根据具体应用需求选择适当的频率。
2. 振幅：超声波换能器的振幅是指材料在电场刺激下产生的最大机械振幅。
振幅的大小与换能器的尺寸、材料性质和工作电压等因素相关，通常通过调节工作电压来控制振幅的大小。
3. 工作电压：工作电压是指施加在超声波换能器上的电压，通过改变电压的大小和频率可以控制超声波的产生和输出。
工作电压的选择要考虑到换能器的耐受能力和应用需求。
4. 灵敏度：超声波换能器的灵敏度是指它对输入信号的敏感程度。
灵敏度越高，换能器对输入信号的响应越快速、准确。
灵敏度的大小与换能器的材料性质和结构设计等因素密切相关。
二、超声波换能器的工作方式类型根据超声波换能器的工作方式不同，可以将其分为压电式、磁电式和电动力式三种类型。
1. 压电式超声波换能器：压电式超声波换能器是应用最广泛的一种类型。
它利用压电效应将电能转化为机械能，通过电场的作用使压电材料发生压缩和膨胀，从而产生超声波。
压电式超声波换能器具有频率范围广、振幅大、能量转换效率高等优势，被广泛应用于医学成像、无损检测、清洗和声纳等领域。
2. 磁电式超声波换能器：磁电式超声波换能器利用磁电效应将电能转化为机械能。
它通过电磁场的作用使磁电材料发生形变，从而产生超声波。
磁电式超声波换能器具有振幅大、频率稳定等特点，适用于高功率和高频率的应用。
3. 电动力式超声波换能器：电动力式超声波换能器是一种利用电动力效应将电能转化为机械能的装置。
提高声波测井仪器性能的关键——换能器的频率特征
・方法研究・提高声波测井仪器性能的关键———换能器的频率特征许玉俊1沈建国2田素月3吕殿忠3(1东营 胜利石油管理局测井公司) (2天津大学药学院)(3濮阳 中原石油勘探局地球物理测井公司)许玉俊,沈建国,田素月,吕殿忠.提高声波测井仪器性能的关键———换能器的频率特征.石油仪器,2003,17(4):5～7摘 要 常规测井系列中,补偿声波和声波变密度测井仪器是比较重要的仪器,其性能的改进对提高测井技术水平具有重要意义。
文章从裸眼和套管井内传播的声波具有明显的频率选择性出发,讨论声波测井仪器性能的改进问题,并且结合换能器的导纳圆测量结果,给出了具体的提高声波测井仪器性能的方法。
即用导纳圆测量系统测量装在仪器上的换能器的主频和频带宽度,以不同地层的井内能够传播的声波的频率特征为基础选择相应的声波测井换能器或仪器,以保证在裸眼井内测量的波形中首波是以地层的纵波速度传播的,在套管井内,首波是反应固井胶结质量的套管波。
关键词 声波测井 换能器 导纳圆 套管作者介绍 许玉俊工程师,1970年生,1992年毕业于石油大学(华东)应用电子技术专业。
现在胜利石油管理局测井公司研究中心工作,主要从事声波成象、固井质量和剩余油饱和度测井仪器的研究。
邮编:257096引 言生产实际中用的声波测井仪器的频率在10kH z ～20kH z范围内。
其波长大约1/3m～1/6m(声波时差取300μs/m),井内液体的声波波长大约1/6m ～1/12m,与井的半径(0.11m)接近。
这样,声波在井内的传播特征由圆形的井孔决定,以地层纵波速度传播的声波幅度随频率变化比较大[1、2]。
同样,套管井内以套管波速度传播的声波(反映固井胶结质量)幅度也随频率变化。
如果声波测井仪器发射声波的频率偏离能够传播套管波或以地层的纵波速度传播的首波的频率范围,则套管井测量波形中以套管波速度传播的声波幅度比较小,该声幅减小不是固井胶结质量好所导致;裸眼井测量波形中可能没有(或幅度比较小)以地层的纵波速度传播的声波,测量不到地层的纵波时差。
电磁超声换能器的研究与设计
电磁超声换能器的研究与设计摘要：电磁超声换能器(EMAT)是一种基于电磁超声转换技术的新型电声转换器。
同时，它也是一款集超声波发射、接收装置于一体的非接触型换能器。
因为电磁超声波无损技术在进行作业的时候是不需要有介质耦合的，也无需对试件进行准备处理等诸多优点，故其检测时的温度可以高达1000℃，对一般的被探测的工件表面也无需经过特殊处理，可以直接进行无损处理，因此电磁超声换能器广泛的应用在超声无损检测技术领域中。
本研究主要是对电磁超声换能器的工作原理进行研究以及在现有的电磁超声换能器的基础上对其进行优化设计。
结合国内外发表的文献为研究基础，对电磁超声换能器的研究现状进行调查分析，总结电磁超声换能器各参数对其转换效率的影响，针对现有研究中的不足对其进行优化设计。
关键词：毕电磁超声换能器；超声无损检测；调查分析；优化设计一、绪论1.1研究研究背景传统的超声波产生方式主要是通过压电换能器实现的，虽然它的结构设计起来比较简单，换能的效率也比较高，但是在使用的时候经常需要耦合剂作为耦合介质，而且有的时候还需要对试件进行事先的准备处理工作，而且在温度测量技术上存在诸多限制。
随着国内点次声波换能技术的不断进步，为国内超声波无损检测技术的发展指明了道路，人们将利用电磁超声转换技术来弥补传统换能技术中的不足之处。
所说的电磁超声指的是通过洛伦兹力理论和磁力伸缩原理，来达成不用接触就能被激发的新型技术，相对于传统的压电超声换能器其具备以下优点：1）可以轻易的通过改变电磁场的方向和大小，来产生不同需要的各种超声波，例如兰姆波和表面波。
在对待测物体进行测量的时候通过磁电转换产生兰姆波，其产生的兰姆波是通过线扫描的方式对待测物进行大范围的快速高效率的检测，相比较传统的逐点体波扫描方式要方便很多，为测试节省了很多的时间，大大的提高了检测工作的效率，在板材无损检测方面应用特别广泛。
2）可以实现在不需要接触待测物体的前提下对待测物体进行测量，有效的避免了在待测物不方便进行预先处理的问题，也解决了在使用耦合剂时对测量精度存在影响的问题。
超声换能器频率特性及匹配研究
超声换能器频率特性及匹配研究杜鹏;姜楠;宋波【摘要】超声换能器是一种强非线性时变系统,在不同的工作频率下其阻抗等特性差别很大.在超声换能器的应用中需要对超声换能器进行频率特性分析及阻抗匹配,以达到最高的传输效率和最佳的波形效果.详细分析了超声换能器的频率特性及匹配方式,并对超声换换能器参数进行了测试,根据测试参数设计了阻抗匹配电路.理论分析和实验测试表明,良好的频率及阻抗匹配电路有利于优化超声波发射波形,提高电声转化效率.【期刊名称】《电声技术》【年(卷),期】2016(040)001【总页数】5页(P41-45)【关键词】超声换能器;频率特性;谐振;匹配电路【作者】杜鹏;姜楠;宋波【作者单位】电子科技大学电子科学技术研究院,四川成都611731;电子科技大学电子科学技术研究院,四川成都611731;电子科技大学电子科学技术研究院,四川成都611731【正文语种】中文【中图分类】TN929超声波换能器(又称超声波传感器)是一种将电信号与超声信号相互转换的器件，在非接触式测量、加工等领域应用广泛[1]。
超声波换能器应用很广泛，许多应用都已经很相对成熟，但是，对于某些应用还存在诸多关键理论和关键技术有待突破，如信号处理、换能器制作以及功率放大等方面的理论与技术。
在超声波的发射应用中，为了增大超声波的发射功率与发射效率，通常选用放大效率更高的D类或T类功放[2]。
D类或T类功放相较于A类、AB类功放的放大效率得到了极大的提升，但是存在着较大的总谐波失真(THD)。
减小D类、T类功放的THD对超声波发射系统具有及其重要的现实意义。
同时，超声换能器是一种强非线性时变系统，在不同的工作频率下阻抗等特性差别很大。
因此，在超声波应用中需要对超声换能器进行频率特性分析及阻抗匹配，以达到最高的传输效率。
本文详细分析了超声换能器的频率特性及匹配方式，并对超声换换能器参数进行了测试，根据测试参数设计了D类功放驱动下超声换能器的阻抗匹配电路。
超声换能器参数
超声换能器参数全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：超声换能器是一种能够将电能转换成声能的装置，广泛应用于医疗、工业、生产和科研领域。
超声换能器的性能参数是评价其质量和性能的关键指标，不同应用场景中的超声换能器参数也有所不同。
在选择超声换能器时，了解其参数对于正确使用和优化超声技术至关重要。
常见的超声换能器参数包括频率、功率、灵敏度、带宽、直径和焦距等。
不同参数对于超声换能器的性能和应用有着重要的影响。
首先是频率，频率是超声换能器发出声波的振动频率，一般以千赫（kHz）为单位。
不同频率的超声换能器在不同领域有不同的应用，高频率的换能器通常用于精细的医疗成像和治疗，而低频率的换能器则更适合工业应用中的密封、焊接和清洗等操作。
其次是功率，功率是指超声换能器转换电能成声能的能力，通常以瓦（W）为单位。
功率越大的超声换能器通常具有更好的穿透力和清洁效果，适用于处理较大面积或密度较高的材料。
第三是灵敏度，灵敏度是指超声换能器接收声波的能力，一般以毫伏（mV）为单位。
较高的灵敏度可以提高换能器的接收效率，更精确地检测声波信号。
带宽是超声换能器所能接收或发射声波的频率范围，一般以千赫（kHz）为单位。
带宽越宽的超声换能器能够传输更多种类的声波信号，适用于复杂的应用场景。
直径和焦距是超声换能器的物理尺寸参数，直径通常以毫米（mm）为单位，焦距以厘米（cm）为单位。
直径和焦距的大小决定了超声波的聚焦效果和传播范围，不同尺寸的超声换能器适用于不同尺寸和形状的工件处理。
除了以上参数外，超声换能器的耐磨性、防水性、耐高温性、使用寿命等也是需要考虑的重要因素。
在选择和使用超声换能器时，需要根据具体的应用场景和需求来合理选取参数和进行操作。
超声换能器参数是评价超声技朧器性能和质量的重要标准，正确选择和使用超声换能器的参数对于提高工作效率、质量和安全性具有重要意义。
希望以上介绍能为大家选择和使用超声换能器提供一定的参考和帮助。
8 医学超声原理-第八讲---超声换能器
Shanghai Jiao Tong University
Transcranial Doppler (TCD) 经颅超声多普勒 探头
Shanghai Jiao Tong University
What is ultrasound transducer？
Ultrasonic sensors (also known as tranceivers when they both send and receive) work on a principle similar to radar or sonar which evaluate attributes of a target by interpreting the echoes from radio or sound waves respectively. Ultrasonic sensors generate high frequency sound waves and evaluate the echo which is received back by the sensor. Sensors calculate the time interval between sending the signal and receiving the echo to determine the distance to an object.
29university四超声换能器的特性四超声换能器的特性换能器的机电耦合系数是描述它在能量转换过程中能量相互耦合程度的一个物理量其定义为对于发射换能器对于发射换能器对于接收换能器对于接收换能器2315k电磁系统因电效应而获得的交变电磁能机械系统因声场信号作用而储存的交变式机械能2314k机械系统因力效应而获得的交变机械能电磁系统所储存的交变电磁式能shanghaijiaotonguniversity四超声换能器的特性四超声换能器的特性3
超声波换能器参数
超声波换能器参数超声波换能器的参数主要包括以下几个方面：工作频率：这是指超声波换能器的共振频率，通常以千赫兹表示。
工作频率决定了超声波在介质中传播的速度和穿透深度。
一般来说，频率越高，声速换算值越大，测量精度越高，但响应时间越短，测量距离也越短。
工作温度：换能器的工作温度对其性能有很大影响。
在适当的工作温度范围内，声速会随着温度的升高而加快，从而影响声强和压力的变化。
使用电压：这是指加在换能器上的直流电压，对其工作稳定性和输出功率有一定影响。
输出功率：表示单位时间内（或一定距离内）换能器所输出的机械能量。
它与换能器的效率和应用效果密切相关。
灵敏度：指超声换能器输出信号与输入信号的比值，反映了其转换效率。
灵敏度越高，表示换能器对输入信号的响应越好，输出信号越强。
带宽：带宽是指超声波的频率范围。
它决定了超声换能器的分辨率和灵敏度，即换能器能够分辨和检测到的最小信号变化。
带宽越宽，表示换能器能够处理的信号范围越广，分辨率和灵敏度也越高。
相位：被测物的反射回的信号相对于超声传感器发射的信号的相位位置的偏离程度，此参数直接决定了超声波传感器的测量精度以及它的安装角度的正确性。
封装：超声传感器外壳的结构，它对换能器的稳定性和耐用性有很大影响。
振幅：超声波传感器在发射中发出的振动波的一次振幅的大小，振幅越大，超声波波形也就越完整，反映出的信号也就越强，但同时耗电也会比较大，受雷射激励条件也会比较严苛，所以振幅也不宜太大。
以上参数共同决定了超声波换能器的性能和应用效果。
在选择和使用超声波换能器时，需要根据具体的应用需求和场景来综合考虑这些参数。
换能器
超声波换能器简介一、超声波换能器种类按照能量转换的机理和利用的换能材料：压电换能器、磁致伸缩换能器、静电换能器(电容型换能器)、机械型超声波换能器等。
按照换能器的振动模式：纵向(厚度)振动换能器、剪切振动换能器、扭转振动换能器、弯曲振动换能器、纵-扭复合以及纵-弯复合振动模式换能器等。
按照换能器的工作介质：气介超声换能器、液体换能器以及固体换能器等。
按照换能器的工作状态：发射型超声换能器、接收型超声换能器和收发两用型超声换能器。
按照换能器的输入功率和工作信号：功率超声换能器、检测超声换能器、脉冲信号换能器、调制信号换能器和连续波信号换能器等。
按照换能器的形状：棒状换能器、圆盘型换能器、圆柱型换能器、球形换能器等。
另外，不同的应用需要不同形式的超声波换能器，如平面波超声换能器、球面波超声换能器、柱面波超声波换能器、聚焦超声换能器以及阵列超声换能器等。
二、换能器工作原理超声波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，其工作原理是基于晶体的压电效应及逆压电效应。
有些单晶体和多晶陶瓷材料受到应力能在材料中产生电场，这种效应称为压电效应，这些材料称为压电材料。
电能转换成超声波能量是利用逆压电效应原理，而接收超声波使之提供电信号则是利用压电效应的原理。
由于超声波在介质中传播时会产生许多物理，化学及生物等效应，同时因为超声波穿透力强、集束性好、信息携带量大、易于实现快速准确的在线无损检测和无损诊断，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。
三、超声波换能器能量转换原理简介换能器就是进行能量转换的器件，是将一种形式的能量转换为另一种形式的能量的装置，在声学研究领域，换能器主要是指电声换能器，它能实现电能和声能之间的相互转换。
用来发射声波的换能器称为发射器，当换能器处于发射状态时，将电能转换成机械能，再转换成声能；用来接收声波的换能器称为接收器，当换能器处于接收状态时，将声能转换成机械能，再转换成电能。
超声换能器的谐振频率
超声换能器的谐振频率
超声换能器的谐振频率简介
1. 什么是超声换能器谐振频率？
换言之，超声换能器谐振频率是一种高频电子手段，它可以提供一种
高普适性、可靠性、高可用性和较低成本的方式来测量不需要提取出
水中的物质样品或流。
它使用超声波来创建电磁场，这可以克服传统
技术如深度雷达测量技术的缺点，产生出准确和可靠的测量数据。
2. 谐振频率的作用
超声换能器的谐振频率被广泛应用于有色金属及其他物质的测量，特
别是在精确检测孔隙状态和检测不同晶粒尺寸金属时。
通过谐振频率，我们可以测量实体的厚度，计算其韧性系数，围岩应力也可以通过谐
振频率测量，而这些都是在实际钻井中确定的重要数据，有助于钻井
的安全、有效性和节省事故的发生。
3. 谐振频率的原理
超声换能器谐振频率原理基于超声波的传播。
它的工作原理是在给定
的表面材料上，将一个激励信号输入到阵列换能器中，通过发射电磁
频率可以到达一定位置，而这些电磁频率经过传播，到达表面材料后，会产生一种反射效果，也就是反射回激励信号，从而可以得到物体和
材料的厚度及其他介质的特性。
4. 谐振频率的优点
首先，超声换能器谐振频率技术可以给出准确的结果，它能够精确测
量物体的厚度和其他介质特性，而这些数据又可以用于更好地控制物
体的钻孔等精密加工。
其次，谐振频率技术也具有可靠性和便携性，
它可以很好地实现测量不同环境下的情况，可以提升测量精度。
最后，谐振频率技术非常便宜，相比传统技术，可以节省成本。
超声换能器的频率选择
超声换能器的频率选择超声换能器的频率选择肖功纯超声换能器的频率选择TheSelectionofFrequencyforUltrasonicEnergyTransducer美麓词:频率选择换能置超声波WOfl[~:S出dj0n0f日畸E口蛔I】l-h■辄c_矾摘要介绍了超声坡在矿蓑中的袁减原理,井从理论上叙述了超声波的波长与矿蓑粒径的关系,指出从已知矿策的粒度分布状态可以选择超声波的额率,在选矿自动化中能应用超声波的衰减原理来州量矿策的粒度和浓度.由此设计的超声换能嚣,其输出信号的幅度选8～IOV.Ad1"heir商pkoftheatm0nofultrasonicwaveinoredpishm-odueed.there]atlorehipbetweenthewle.ph0fulm~onlewandthed~r.1e.er0ftheolivepulpisi11|l—edItstatedthe唧ofultxa~nicwaveL钿beselectedb瞄edOntheknowndi吐蚰ofthe蛐Ilk,the;pk0ftheattem,afi~ofulb'ason]ewaveL钿beusedinmeasLlre∞of一larltyandc0∞erm0fpIdpforse1∞mlh∞.Fmm临ltheultta~nlc哪廿jmBd11isd已andtheomput画g—mlis田DlⅡ.d8～lOV.1超声波的衰减原理超声波的衰减原理是液体介质中的粒子对超声波衰减起主要作用,这是R.J.Uri&于1948年在《不规则的悬浮粒子的声吸收)一文中阐明的.首先,简单叙述超声波在矿浆中的衰减原理.在矿浆的比重p=2.7,温度在20℃,超声波频率为1l,INz时.特性衰减与矿浆粒径的关系如图1所示.当超声波的波长≥12m"时,则矿浆粒子分布全部处在超声波的粘性损耗区域.在粘性损耗区域,不考虑粒子的相互作用.只考虑粒子的振动,而粒子振动响应落后于声波.超声波的波长大于6m".小于12m",即6rcr~^ ≤12m"时,则矿浆粒子分布处在超声波的粘性损耗向散射损耗的过渡区域.超声波的波长大于2=r.小于6=r,即6,rr≥≥≤2,rr时,则矿浆粒子分布处在超声波的散射损耗区域.超声波的波长大于2r,小于2=r,即2,rr≥^≥2r时,则矿浆粒子分布处在超声波的散射损耗向衍射损耗的过渡区域.超声波的波长小于2r时, 即≤2,时,则矿浆粒子处在超声波的衍射损耗区域.商功纯(上海工业自动化仪表研究所,上海20O233)固1一种超声频率(1加)与单一粒子直径的特性衰减关系曲线根据有关资料介绍,把衍射损耗项()和散射损耗项(n)和F]ammer的经验公式结合起来考虑,得到一个完整的衰减公式.这个公式对一般矿浆的粒度分布整个范围是有效的.该公式如下::+】×22.05(de/~t-)L05B/r—:J.式中:为粘性损耗,=18(1+)(sc一1)(∞/)/{81(1+)4-[9+4(sG+1/2)I;为散射损耗,=12/(山/)r3;为衍射损耗,由=4m'/(∞/),3.对于测量浓度的超声波频率来说,则矿浆的粒子分布全部处在粘性损耗区域,则这个公式只有前一项起主要作用,而后面散射损耗和衍射损耗两项起的作用甚小,可以忽略不计.测量矿浆的浓度和粒度时,只考虑粘性损耗区域和散射损耗区域,不考虑衍射损耗区域,所以,对衍射损耗区域不进行讨论,则测量浓度的超声波的波长.与粒径r_的关系_≥12=r1,r1:{式中:为矿浆的平均粒径.用这种频率来测量矿浆的浓度,则矿浆的粒子分布全部都处在粘性损耗区域. 而测量粒度的超声波的波长:与粒径r2的关系:6trr2r2=吉9(自动化仪表>第22卷第1期2001年1月用这种频率来测量矿浆的粒度,高于均粒度的粒子应分布在散射损耗区域2特性衰减与超声波频率的关系为了叙述特性衰减与超声波的频率的关系,分别改变超声波的频率(超声波的频率分别为0.5MHz, 1.6MHz和2.5MHz),观察到粒的特性衰减与粒子的关系如图2所示.f图2特性衰减与超声波频率的关系从图2上很明显地看到,随着超声波的频率提高,特性衰减增大,而且,整个曲线向左边移动.也就是说,曲线的枯性损耗区域和散射损耗区域以及过渡区域随着超声波的频率提高都向左边移动.测量矿浆的粒度和浓度正是利用这种关系来选择换能器的工作频率.对于被测矿浆的粒度分布,根据矿浆取样由筛分可以得到,然后选择测量浓度的超声换能器的频率,使矿浆的粒子分布均在超声波特性衰减曲线的粘性损耗区域;选择测量粒度的超声换能器的频率,使矿浆的粒子分布的粗端,也就是大于平均粒径的粒子分布在测量粒度的频率特性衰减曲线的散射损耗区域.测量浓度的超声换能器频率低,测量粒度的频率高,使测量粒度的换能器频率约为测量浓度的换能器频率的2倍. 因为超声换能器的频率选择与矿浆的平均粒径10国3矿浆粒子分布状态有密切关系,从正常工作状况取样得到的矿浆的粒度分布状态(见图3),通过计算可以求得平均粒径.将图3和图4联系起来分析,如果矿浆的粒子分布全部处在测量浓度的超声波频率的特性衰减曲线的牯性损耗区域,而高于平均粒径的矿浆粒子分布在测量粒度的超声波频率的特性衰减曲线的散射损耗区域从原理上来说,这样选择的两种超声换能器的频率是对的,然后由实验方法来检验.粗十直^n囤41.2/vlH2,2.4/vlH2的特性衰减曲线3实验方法选择超声频率根据超声衰减原理,已知测量浓度的超声波频率一般比测量粒度的超声波频率要低些,首先选择超声波换能器的频率尽可能与矿浆的粒径无关.在特制的装置里,测量研磨最细的和最粗的粒子特性衰减,使研磨最细的矿浆粒子的特性衰减等于研磨最粗的特性衰减,两者交替反复试验,这样就能确定测量浓度的超声换能器的频率.实际上,这一频率首先是由筛分析数据单值地来选择,然后由实验测量来检验.测量粒度的超声换能器的频率也是根据计算来确定的,并由试验来检验.在具体应用中,首先选择测量粒度的超声换能器的频率尽可能高些,使其产生最大的衰减,这样随着粒度的变化对仪器能提供最大的灵敏度.通常在测量浓度的频率下,矿浆衰减主要在粘性损耗区域内,而比用测量粒度的超声频率在散射损耗区域里的衰减一半还要小些.另外根据粒度测量的输出信号与筛分析有最佳关系来选择测量粒度的超声波频率.在实验中,使得粒度测量的输出信号随着矿浆的粒度变化范围有明显的变化,而且是线性关系.矿浆从低浓度至高浓度变化时,粒度测量的输出信号变化较小,则认为这一频率适合于测量矿浆的粒度.如果降低频率,矿浆的粗粒子对特性衰减的灵敏度就要降低.因为矿浆的粗粒(下转弟13鬲)PROCESSAUTOMA TIONDSII哪M耵唧10N,.22,No.1,J姐.,:~001基于比特表的RTCS多任务调度算法研究周跃峰.等任务时,有多种共享时隙剩余的方法最简单的方法是轮流使每个基本级任务占朋一个时隙的剩余时间.3调度算法程序设计应注意问题在任务调度算法中,关键是如何确定就绪队列和任务控制数据块的数据结构.就绪队列指明了在某一时刻已就绪,可被执行的任务队列.在数据结构上通常可用位影象的方法来实现.如系统的最多任务数为32个.可采用4个字节的每一位来对应某个任务.若此位为…1则表明该任务就绪;若为…0则表明任务宅闲.并且可规定低位所代表的任务优先数高于高位所指示的任务某个任务投人运行时需保护现场数据,这些数据都存人一片地址固定的数据存储区,称为任务控制数据块.需保护的内容应按应用程序的特点来决定对于常用的Mcs51系列的单片机来说.现场保护数据一般应包括PC,ACC,PSW,SP,DPTR等寄存器内容.任务控制数据块一般放在外部数据存储器中.为丁查找方便,可以按任务号将各个任务数据块的首地址编成一个一维表格,表格的每行对应各任务数据块首地任务矗据块地址寰困5任务数据块数据鲒椅(上接幂lO页)子r的影响是主要的,如矿浆样品移至粘性损耗至散射损耗的过渡区域,对特性衰减影响将最小.因为较低的测量粒度频率也导致更低的粒子总衰减量和更低的衰减灵敏度,由于电路的增益,漂移和噪声就限制了最低测量粒度的超声频率.总之,首先测量粒度的超声波频率要比测量浓度的超声波频率高些,将测量粒度的接收换能器输出信号除以测量浓度的接收换能器输出信号来求出粒度信号.较低的测量浓度的超声频率,矿浆样品正处在粘性损耗区域,其输出信号就是固体百分量..(即浓度)的函数,故能指示矿浆的浓度.址,如图5所示.在任务调度程序中还应很好地解决资源的互斥问题.即要保证不可共享的资源只被一个任务所访问.在RTCS中,各任务间并非完全隔绝,它们相互合作, 相互竞争.例如某系统中数据显示任务要定时显示某数据区的数据;数据计算任务也要在某种情况下计算,刷新此数据区内容.在这里若数据计算任务在运行时就不允许让显示任务中断计算任务.否则有可能导致显示的数据不正确.解决资源竞争的方法往往是在主程序中设置一标志字节或标志位.例如显示任务在运行时首先判断此标志,若发现计算任务尚未完成则不做任何工作直接退出任务.4小结RTCS中的实时性和并行性是非常重要的.但两者之间有一定的矛盾,要完全实现这两大特性的重要手段就是采用有效的任务调度算法程序来协调两者之间的矛盾,从而保证系统的实时性和并行性.在简单系统中,"按时间片循环"调度算法已能初步满足要求.但在较复杂和要求较高的系统中这显然不满足需要.基于BitM且p的调度算法能较好地满足复杂系统的要求.只要有效地确定任务数目和数据结构,R1℃S中的实时性和并行性就能得到有效提高.参考文献17dlwmthSTlatroduti~loReal?TuneSdtwareD.胁d础柚f,19832SavitakyST.RLMJerclmaea~S~tmm.Ⅷt.19853亭勇,刘思林计算机体系结构.长沙:国防科拄大学出版社.19鹞枝稿日期20O0—04一I8超声粒度仪的测量精度,线性主要由超声换能器的频率来决定.所以超声换能器的频率选择是很重要的,超声换能器是超声粒度仪的关键部件之一.根据以上所述设计的超声换能器,其输出信号的幅度达8～IOV,达到美国粒度仪超声换能器的输出信号幅度8V±2V的性能.有色仝属工业恶舟司1987年度科技进步二等凳.艘稿日期:20O0—04—06作者肖曲烧.男,1939年生,1965年毕业于湖南大学.高援工程师;主要从事超声技术占々研宄与应用工作13。
超声波换能器频率
超声波换能器频率
超声波换能器频率
超声波换能器的频率是指一种声音波的频率，它是有实际频率刻度的。
普通的超声波换能器的频率范围一般为20kHz - 180kHz，也有高频波换能器，其频率范围可达200kHz-1MHz。
换能器频率的选择应基于应用系统的需求，以满足应用要求。
换能器的频率不要太高，否则会有质量衰减的问题，而太低则可能不能满足应用系统的要求。
因此，换能器的频率应根据应用系统的不同，选择合适的换能器频率。
换能器的最小频率可以根据应用来调整，如果需要高灵敏度，则可以降低换能器的最小频率；如果需要高精度，可以选择低频的换能器，以得到更好的精度。
此外，超声波换能器的频率也会受到外部环境的影响，因此应尽量避免它受到外界影响。
当外界有条件时，应采取有效的保护措施，以免受到影响。
- 1 -。
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)02-01-051 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℃。
超声换能器中心频率
超声换能器中心频率超声换能器是超声波检测仪器中的关键部件，它能够将电能转化为机械振动，进而产生超声波信号。
超声换能器的中心频率是指其在工作时所产生超声波信号的主要频率成分。
本文将从超声换能器中心频率的定义、影响因素、测量方法和应用领域等方面来探讨这一主题。
超声换能器中心频率的定义是指超声波信号中能量最集中的频率成分。
换能器的中心频率决定了其在应用中的检测能力和分辨率。
一般来说，中心频率越高，换能器的检测能力越强，但分辨率也随之降低；而中心频率越低，分辨率越高，但检测能力较弱。
超声换能器的中心频率受多种因素影响。
首先是超声波传播介质的声速。
换能器的中心频率与介质的声速成正比，因此声速越高，中心频率也会相应增加。
其次是换能器的几何结构和材料。
换能器的几何结构和材料决定了其固有频率，即频率响应的峰值位置。
最后是换能器的工作电压。
工作电压的大小会影响换能器的输出信号幅度，但不会对中心频率产生明显影响。
测量超声换能器的中心频率可以采用多种方法。
一种常用的方法是使用频谱分析仪来分析超声波信号的频谱成分，从而确定中心频率。
另一种方法是使用扫频技术，即通过改变输入信号的频率来观察换能器的响应特性，从而找到中心频率。
此外，还可以使用共振频率方法，即通过改变输入信号的频率，使换能器达到共振状态，并测量共振频率来确定中心频率。
超声换能器在医学、工业、航空航天等领域有着广泛的应用。
在医学领域，超声换能器常用于超声诊断仪器中，用于检测人体内部器官和组织的病变情况。
在工业领域，超声换能器常用于无损检测仪器中，用于检测材料的缺陷和腐蚀情况。
在航空航天领域，超声换能器常用于声纳系统中，用于探测水下目标和测量海洋深度。
超声换能器的中心频率是其在工作时所产生超声波信号的主要频率成分。
中心频率的选择会影响换能器的检测能力和分辨率，而中心频率的确定可以通过频谱分析、扫频技术和共振频率方法等多种测量方法来实现。
超声换能器在医学、工业和航空航天等领域有着广泛的应用。
超声换能器特性
以下是中心频率标称为70KHz的压电换能器的电学特性：
一：在空气中
电导G随频率f变化的曲线（在69.02KHz达到最大值）
并联电容Cp随频率f变化曲线
并联电阻Rp随频率f变化曲线(在69KHZ左右最小）
G
Rp
其中，蓝线代表电导随频率变化曲线，绿线代表并联电阻Rp随时间变化曲线
G
Cp
蓝线代表电导G随时间变化，绿线待变并联电容Cp随频率变化曲线
Cp
Rp 蓝线为并联电阻随频率变化曲线，绿线并联电容随频率变化曲线
二：在水中（刚好将整个发射头浸没在水中）
压电换能器放在水中，其电导值随时间变化如上图，在68.8左右达到一个最高峰，在70.5左右也有一个高峰，但是之后又会随即下降，图中对之后的数据没有画出，在这里说明
并联电阻Rp值随频率的变化在68.6左右是一个最低峰，之后还有起伏变化，如图所示
水中的并联电容随频率的变化
蓝线代表电导G，绿线代表并联电阻Rp，G的峰值与Rp的最小值大致在同一个频率，但还
是存在一定的偏差
红线代表电导G(us)，绿色虚线代表并联电容Cp(pF)
蓝线代表并联电阻Rp，绿线代表并联电容Cp(pF)
三：水中与空气中特性的比较
蓝线代表水中G随频率f变化的曲线，绿线代表空气中的G随频率变化的曲线，从图中可以清晰的辨别其峰值频率的不同，说明器件在水中和空气中的串联谐振频率是不同的
G值的大小数值的清晰比较，在水中G值显著减小，单位为（us)
蓝线代表在水中器件的并联电阻Rp随频率的变化曲线，绿线代表空气中的Rp，单位为（Ω）
蓝线代表水中时器件的并联电容Cp随频率的变化，绿线代表空气中的Cp，单位是（pF）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4
图3为根据所测数据绘制的曲线，其中方块（相应连线）表示表面波，五角星（相应连线）表示横波。
图4 为经过16次平均的示波器显示波形，其中每幅图上面部分的为接收信号的时域波形，下面部分的为对时域信号进行fft后的频谱。
图3接收信号与频率关系
图4 a）激励频率为400KHz
图4 b）激励频率为500KHz
图4 c）激励频率为800KHz
观察图4 中的a）、b）、c）三幅图，可知：
1）当激发频率如果和固有频率一致时（500KHz），可以得到幅度最强、频率最单一的信号。
2）当激发频率和固有频率有稍许偏差(不超过20％)时，接收信号的频率是激发频率；
从图3可知:
1)当激发频率在475～525KHz时，表面波信号最强。
2) 当激发频率在850KHz附近时，结合图4 c）可知，表面波幅度变小，波形表现为多个频率分量的叠加。既有固有频率的成分，又有激发频率的成分。
3）当激发频率在850KHz时，横波的幅度有了很大的提高，信号的波形也比较清楚。
4）当激发频率为250KHz时，有一幅度很小的表面波波峰和一幅度较大的横波波峰。
1
超声波探伤是工业领域里应用最广泛的无损检测方法之一。常规的超声波压电换能器往往需要耦合剂实现与被测件之间的良好耦合，且对被测件的表面质量要求较高，难以适用于高温、高速和粗糙表面的检测。
60年代末发现并逐渐发展起来的电磁耦合产生超声波的方法，是一种非接触式的超声波探伤方法。电磁超声换能器，英文名为Electromagnetic Acoustic Transducer，简称EMAT，是电磁超声检测的核心装置。EMAT具有换能器与媒质表面非接触、无需加入声耦合剂，可免除对工件去油漆等工序，重复性好、检测速度高，适合动态，高温检测等优点，因而日益受到声学和无损检测各方面人员的关注，在火车车轮踏面和钢管等无损检测领域开展了大量研究和应用。这里我们研究了不同激励频率下，EMAT激发的声波形态，以及声波的幅度和频率。
电磁超声换能器的频率特性
申建中张仲宁Байду номын сангаас淑仪
（近代声学国家重点实验室，南京大学声学研究所，南京210093）
Study on the frequency feature ofEMATtransducers
Shen JianZhong,ZhangZhongNing,ZhangShuYi
(Lab of Modern Acoustics,InstituteofAcoustics,NanjingUniversity,Nanjing, 210093,China.)
3
我们设计制作了收发两种EMAT。线圈为蛇形回折如图2所示，根据公式（1），取铁横波的速度V=3240m/s，f=500KHz, ，算得间距D为3.2mm。采用2个脉冲激发。磁铁放置于EMAT的正上方，磁场方向垂直于金属表面，发射和接收EMAT相距8.5cm。实验金属材料为一标准铁试块。厚度为2.5cm。接收EMAT信号经过1000倍的放大器后，接示波器显示。
作者简介：申建中（1975－），男，河南太康人，硕士研究生，光声学
2
如图1所示，EMAT由静态磁场，通有高频大电流的线圈和具有良导体性质的被测材料组成。
图2线圈形状
（1）[1]
图1 EMAT结构示意图
当通有高频大电流的线圈放置在金属物体附近时，金属物体表面产生感应电流。由于静态磁场的存在，与涡流相互作用后产生交变洛仑兹力，作用于金属导体内部的带电粒子上。由于原子核的质量比电子大的多，其位置不容易改变，这样原子核在交变洛仑兹力的作用下产生往复振动，当振动以一定方式传播出去就可产生超声波。相应的，利用该过程的逆效应过程，可以利用EMAT接收超声波。
3) 当激发频率和固有频率有较大偏差（大于60％）时，表面波信号的频率同时包含激励频率和固有频率。时域波形则表现为不同频率信号的叠加。
5
回折线圈型EMAT可以激发出表面波和横波，通过控制激励频率，能够获得期望的声波模式，以进行有针对性的无损探伤等应用。
6
[1] Thompson, R. B., A Model for the Electromagnetic Generation and Detection of Rayleigh and Lamb Waves, IEEE transactions on Sonics and Ultrasonics,Vol.SU-20,NO.4,Octorber1973,341.