超声波换能器工作原理精品名师资料
超声换能器工作原理
超声换能器工作原理
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装置就可以产生超声波了。
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。
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，自身消耗很少的一部分功率。
另外由于单个换能器承受功率有限，故通常采用多个换能器组合而成，来达到功率要求，称之为换能器功率合成。
通常采用变幅杆合成方式完成。
压电效应超声波换能器的工作原理
压电效应超声波换能器的工作原理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢!本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!压电效应超声波换能器的工作原理1. 介绍超声波换能器在医疗、工业和科学领域具有广泛的应用。
医用超声波发生器的换能器原理
医用超声波发生器的换能器原理医用超声波发生器的换能器原理是将外加的能量转换为超声波。
它是一种物理装置，能够将电能或其他形式的能量转换为高频声波能量。
这些高频声波能够通过特定的介质传播，并在目标物体上产生特定的作用。
换能器的作用有：将电能转换为超声能量；使超声能量具有高的放射性能；可以控制超声波的频率和幅度。
换能器的工作原理是将电能转换成超声能量。
具体来说，换能器是通过一个封装好的密封桶中的传感器把电信号转换成机械振动，然后产生超声波。
传感器可以是压电式、磁式或电磁式，但最常用的是压电式传感器。
压电式传感器内部有一个压电片，当外界施加电压时，压电片就会发生振动，这些振动就可以产生超声波。
换能器的结构一般有三部分：壳体、换能器元件和支撑结构。
壳体是外壳，用来封装换能器元件和支撑结构，一般是金属或塑料制成。
换能器元件包括传感器、振子、悬挂结构和线圈等，它们负责将电能转换成机械振动，从而产生超声波。
支撑结构用来支撑换能器元件，它一般是金属或塑料制成的，也可以是水环或空气环。
换能器的放射性是决定超声治疗效果的关键因素之一。
一般来说，换能器的放射性越高，超声治疗效果越显著。
换能器的放射性取决于换能器元件的材料、结构、尺寸及悬挂结构等。
放射性良好的换能器能够有效地将外加的能量转换成超声能量，使超声波在目标物体上产生有效的作用。
换能器还可以控制超声波的频率和幅度。
频率决定了超声波的波形，幅度决定了超声波的强度，换能器可以控制这两个参数，从而控制超声波在目标物体上的作用。
总之，医用超声波发生器的换能器原理是通过将电能转换成超声能量，并控制超声波的频率和幅度来实现的。
它是医疗超声治疗的关键部件，可以大大提高超声治疗的效果。
超声波换能器工作原理
超声波换能器工作原理
超声波换能器是一种将电能转化为声能的器件。
其工作原理基于压电效应和逆压电效应。
压电效应指的是当某些晶体在受到外加电压的作用下，会发生形变或产生电荷，这种晶体被称为压电晶体。
例如，一些合成的晶体材料，如钛酸铅（PZT），在受到压力变化时，会在晶
格中产生电荷。
通过将电压施加在压电晶体上，可以引起晶体的形变。
逆压电效应是指压电晶体在受到外力（声波）作用下会发生电荷的变化。
当声波传播到压电晶体上时，晶体会产生变形，从而在晶格中产生电荷。
这个电荷可以被采集和测量。
基于以上原理，超声波换能器通过将电压施加在压电晶体上，引起晶体的形变。
当外界传来声波时，压电晶体会产生电荷的变化。
这个电荷变化可以被测量，从而得到声波的信息。
超声波换能器在超声波成像、声纳、声测、牙科器械等领域广泛应用。
其优势包括频率范围宽、输出功率高、响应速度快等。
超声波换能器原理
图1.4 电磁-声换能器在导电金属中激发超声波的基本作用原理示意图 在图1.4中，Bz为方向平行与板面的磁感应强度，Br为方向垂直与板面的磁感应强度；g为涡流的电流密度，它与输入电流方向相反。根据右手定则可确定洛伦 兹力F的方向在（a）中垂直于Bz与g的平面（垂直于板面）--激发纵波，在（b）中垂直于Br与g的平面（平行于板面）--激发横波。 根据电磁感应原理，在感应磁场B中作用于以速度V移动的电荷e上的力F（即洛伦兹力）有：F～eVB。当把通有交变电流i的线圈置于导电体上时，导电体中的 微小体积元dV中感应出以e和V确定的电流密度为g的涡电流。因此：F～gB，矢量g、B和F相互垂直且g与i反向（注意，由于交变电流存在趋肤效应，故dV应是 靠近导电体的表面）。 在接收超声波（如反射回波）时，响应于声压作用力使体积元dV在恒磁场B中振动，因此受力F’～eV’B，V’为振动速度。此力使带电质点运动产生电流密度 为g的交变电流即涡流。该涡流使配置在导电体上的检测线圈中感应产生感应电势（感应的交变电流）作为接收信号，其频率与接收到的超声波有相同的频 率，其大小则随磁场的增大而增加。
超声波换能器原理
超声波换能器原理
超声波换能器是一种将电能转换为机械振动能的装置，它是超声波技术的核心部件之一。
超声波换能器的原理是利用压电效应，将电能转换为机械振动能，从而产生超声波。
压电效应是指某些晶体在受到外力作用时，会产生电荷分布的不均匀，从而产生电势差。
反过来，当电场作用于这些晶体时，会使其发生形变。
这种晶体就是压电晶体，如石英、锆钛酸铅等。
超声波换能器通常由压电晶体和金属质量块组成。
当外加电压作用于压电晶体时，它会发生形变，从而使金属质量块也发生振动。
这种振动会产生超声波，其频率与电压的频率相同。
超声波换能器的工作原理可以用以下公式表示：
f = n × v / 2d
其中，f为超声波的频率，n为振动模式数，v为压电晶体的声速，d为压电晶体的厚度。
超声波换能器的应用十分广泛，如医学、工业、军事等领域。
在医学领域，超声波换能器被用于超声诊断、超声治疗等方面。
在工业领域，超声波换能器被用于清洗、焊接、切割等方面。
在军事领域，超声波换能器被用于声纳、水下通信等方面。
超声波换能器是一种将电能转换为机械振动能的装置，其原理是利用压电效应产生超声波。
它的应用十分广泛，是超声波技术的核心部件之一。
超声换能器的原理
超声换能器的原理
超声换能器是一种能够将电能转化为声能的装置。
它由压电材料制成，压电材料的晶粒排列规则，通过外加电场的作用而发生微小的位移。
当外加电场的方向周期性变化时，压电片中的晶粒也会周期性地振动。
这样，压电片就会产生声波，进而将电能转化为声能。
超声换能器的工作原理基于压电效应和反压电效应。
压电效应指的是某些特定的晶体或陶瓷材料在受到力或压力作用下会产生电荷分布不对称，从而生成电压。
反压电效应则是指当这些晶体或陶瓷材料受到外加电压时，会发生形变或位移。
在超声换能器中，应用了压电和反压电效应。
压电片是超声换能器的关键组件，它通常由PZT（铅酸钛锆）陶瓷材料制成。
当外加电压施加到压电片上时，它会引起压电片的厚度发生微小的周期性变化。
这个变化导致了超声波的产生和发射。
同时，当超声波通过压电片时，它也会使压电片发生反压电效应，产生微小的电压信号。
超声波在超声换能器中的传播是由压电片的振动和反压电效应共同完成的。
压电片的振动激发了超声波的产生，并将声波传送到被测物体。
当超声波在物体中传播时，它会遇到不同的介质和物体界面，从而发生折射、反射和散射。
当超声波反射回超声换能器时，它会导致压电片发生反压电效应，产生电压信号。
通过测量这个信号，我们可以获取被测物体的信息，例如距离、形状和物性等。
总之，超声换能器利用压电效应和反压电效应，将电能转化为声能，并实现声能和电能之间的相互转换。
它在医学、工业、军事等领域有着广泛的应用，如超声成像、超声清洗和超声检测等。
超声换能器的工作原理
超声换能器的工作原理一、超声换能器概述超声换能器是一种将电能转化为机械振动能的装置，其主要作用是将电信号转化为超声波信号，从而实现超声成像、测量、清洗等应用。
超声换能器广泛应用于医疗、工业、军事等领域。
二、超声换能器的构成超声换能器主要由压电陶瓷和金属壳体组成。
其中，压电陶瓷是超声换能器的核心部件，它可以将电信号转化为机械振动，并且可以将机械振动转化为电信号。
金属壳体则起到保护和固定压电陶瓷的作用。
三、压电效应原理压电效应是指在某些晶体中，当施加外力时会引起晶体内部产生极化现象，从而产生外场。
当施加外场时，则会引起晶体内部的形变或者位移。
这种现象被称为压电效应。
四、压电陶瓷的工作原理1. 压电陶瓷材料的选择目前常用的压电材料主要有PZT（铅酸钛）、PZN（铅锆酸钠）和PMN（铅镁酸钠）等。
其中，PZT是应用最广泛的一种材料。
2. 压电陶瓷的制备压电陶瓷的制备主要包括原料的选择、混合、成型、烧结等过程。
其中，PZT的制备需要严格控制其成分比例和烧结温度等参数。
3. 压电陶瓷的性能压电陶瓷具有良好的压电效应和介电性能，可以将高频电信号转化为机械振动，并且可以将机械振动转化为电信号。
此外，压电陶瓷还具有高稳定性、高灵敏度和高可靠性等特点。
五、超声换能器的工作原理1. 发射模式当超声换能器接收到高频电信号时，压电陶瓷会产生机械振动，并且把这些振动传递到金属壳体上。
随着振动频率的增加，金属壳体就会发出超声波信号。
2. 接收模式当超声波信号经过物体后返回到超声换能器时，金属壳体会将超声波信号转化为机械振动，并且将这些振动传递到压电陶瓷上。
压电陶瓷则会将这些机械振动转化为电信号，从而实现超声波信号的接收。
六、超声换能器的特点1. 高频率超声换能器可以发射和接收高频率的超声波信号，其工作频率一般在1MHz以上。
2. 高灵敏度由于压电陶瓷具有高灵敏度和高稳定性等特点，因此超声换能器具有较高的灵敏度和可靠性。
3. 宽频带超声换能器的工作频带一般比较宽，可以覆盖多种不同的应用场景。
超声波换能器原理
超声波换能器原理§1.1 换能器的用途和基本原理一.换能器的广义概念用于实现不同形式的能量相互转换的仪器或器件可以通称为换能器。
例如：把音频电信号转换成可闻声，或者把可闻声转换成音频电信号，实现电能与声能相互转换的电声换能器，如扬声器（喇叭）、耳机、话筒等；实现电能与磁能相互转换的电磁换能器，如通以电流而可以产生磁场力的电磁铁，又如录音磁头可以把音频电信号转换成磁信号而记录到磁带上，或者把磁带上的磁信号转换成音频电信号，然后经放大处理，再由电声换能器转换成可闻声。
实现电能与机械能相互转换的机电换能器，如电动机是输入电流产生磁场力，然后推动电枢转动，而发电机则因电枢转动并通过磁场作用而产生电流。
又如电唱机的拾音头，唱针沿唱片沟纹槽移动而产生音频机械振动并转换输出音频电信号，经放大处理后再由电声换能器转换成可闻声。
实现电能与光能相互转换的光电换能器如白炽灯泡、太阳能蓄电池（光电池）、光电二极管等电激发光器件。
此外，还有实现电能与化学能相互转换的器件，如蓄电池放电时是把化学能转变为电能，而它在充电时则又将电能转换为化学能。
实现电能与热能相互转换的器件就更多了，如电炉、电烤箱、电饭煲、电炒锅、电热杯、电热毯、电热梳、电烙铁、电熨斗等是由电能单向转换为热能的器件，而热电偶则是由热能转换为电能的器件，家用电器中新兴的电磁灶，是由电能激励的磁场作用在金属器皿上形成涡电流而使金属器皿发热，微波炉是由电能激发出微波（电磁能）再进一步使食物发热...总而言之，能够起到转换能量形式的器件种类繁多并且还会不断有新的类型出现，从广义上讲，可以笼统地把它们都称为换能器。
但是，在检测技术中所讲的换能器是有着特定的定义的，也就是本教材所要阐述的换能器。
二.换能器的标准定义在工程检测技术中所讲的换能器，是特指能够从一个系统接收信号而向另一系统输出信号，接收信号与输出信号属于不同的能量形式，但输出信号能表现输入信号某些特征的器件。
超声换能器的工作原理
超声换能器的工作原理
超声换能器是一种将电能转换为机械能的装置，它的工作原理是利用压电效应将电能转换为机械能，从而实现声波的发射和接收。
超声换能器由压电陶瓷材料和金属电极组成，当外加电场作用于压电陶瓷材料时，会使其发生形变，从而产生声波。
反之，当声波作用于压电陶瓷材料时，会使其发生形变，从而产生电信号。
在超声波的发射过程中，电源会向超声换能器提供一定的电压，使其产生高频振动，从而产生超声波。
超声波的频率通常在1MHz到100MHz之间，具有高频、高能量、高方向性等特点，可以穿透物体并在其内部产生反射，从而实现对物体的检测和成像。
在超声波的接收过程中，超声波会穿过物体并在其内部产生反射，反射波会被超声换能器接收并转换为电信号，电信号经过放大和处理后，可以得到物体内部的信息，如结构、缺陷、密度等。
超声换能器广泛应用于医学、工业、军事等领域，如超声诊断、无损检测、材料分析等。
在医学领域，超声波可以用于检测人体内部的器官、组织和血管等，具有无创、无辐射、安全可靠等优点。
在工业领域，超声波可以用于检测材料的缺陷、厚度、硬度等，具有高效、精准、经济等优点。
超声换能器的工作原理是利用压电效应将电能转换为机械能，从而实现声波的发射和接收。
它具有高频、高能量、高方向性等特点，
广泛应用于医学、工业、军事等领域，为人们的生产和生活带来了巨大的便利和效益。
超声波换能器工作原理
超声波换能器工作原理(总6页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除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(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RP。
发射超声波信号大于8m。
40kHZ超声波发射电路(2)40kHZ超声波发射电路之二，电路中晶体管VT1、VT2组成强反馈稳频振荡器，振荡频率等于超声波换能器T40-16的共振频率。
T40-16是反馈耦合元件，对于电路来说又是输出换能器。
超声波换能器原理
１－２
图1.1 电动式换能器基本结构示意图 我们知道，在电磁学中有下述关系式： F=Bli 和 e=Blυ 式中：F-作用力；i-电流；B-磁感应强度；l-导体长度；υ-导体运动速度；e-感应电势 根据电磁感应原理，对位于磁场中的导体通入电流i时，将有电磁作用力F作用于导体（如果磁场恒定不变，则电磁力F的大小与电流i成正比），根据左手定 则，导体将会在输入电流与磁场内磁力线相交平面的垂直方向产生位移（当电流方向改变时，作用力的方向也同时改变），这样就会带动与导体连接的振动膜 运动，进而推动振动膜周围的传声介质而发射机械振动波（声波）。相反，当与导体连接的振动膜受机械振动波（声波）作用而振动时，带动导体在磁场中运 动，切割磁力线，就会在导体两端产生感应电势，其方向决定于右手定则，这种感应电势即可作为接收信号输出。在实际应用中，通常在换能器外壳上附设体 积很小的升压变压器，把音圈上的感应电势升压后再输出。 常见的电动式换能器有动圈式扬声器及话筒，或带式传声器等。电动式换能器的结构简单牢固，方向性强，电声效率高，但由于其结构所限，不适用于高频场 合而多用于低频情况下工作，如音响装置中的低音扬声器。 4.电磁式换能器：这是利用电磁作用力和磁路中磁阻变化而起换能作用的器件，其结构如图1.2所示。
图1.4 电磁-声换能器在导电金属中激发超声波的基本作用原理示意图 在图1.4中，Bz为方向平行与板面的磁感应强度，Br为方向垂直与板面的磁感应强度；g为涡流的电流密度，它与输入电流方向相反。根据右手定则可确定洛伦 兹力F的方向在（a）中垂直于Bz与g的平面（垂直于板面）--激发纵波，在（b）中垂直于Br与g的平面（平行于板面）--激发横波。 根据电磁感应原理，在感应磁场B中作用于以速度V移动的电荷e上的力F（即洛伦兹力）有：F～eVB。当把通有交变电流i的线圈置于导电体上时，导电体中的 微小体积元dV中感应出以e和V确定的电流密度为g的涡电流。因此：F～gB，矢量g、B和F相互垂直且g与i反向（注意，由于交变电流存在趋肤效应，故dV应是 靠近导电体的表面）。 在接收超声波（如反射回波）时，响应于声压作用力使体积元dV在恒磁场B中振动，因此受力F’～eV’B，V’为振动速度。此力使带电质点运动产生电流密度 为g的交变电流即涡流。该涡流使配置在导电体上的检测线圈中感应产生感应电势（感应的交变电流）作为接收信号，其频率与接收到的超声波有相同的频 率，其大小则随有电致伸缩效应的多晶材料在经受外加应力产生应变时，其总的极化强度将会发生变化，即表现为电极化（产生电场）。 因此，电致伸缩效应可以说与电极化现象有关（自极化）。 从上述的压电效应和电致伸缩效应的结果来看，两者有几乎相同的表现形式。其中，正压电效应的表现结果与逆电致伸缩效应相当，而逆压电效应的表现结果 则与正电致伸缩效应相当。因此就宏观上来看，在实际应用中常把两者通称为压电效应，但必须注意到它们的物理意义有实质上的不同。在超声检测技术中， 对压电材料施加交变电场，该材料将沿电场方向发生交变应变，从而能在与它紧密接触的介质中激发出机械振动波-超声波。反之，对压电材料施加交变应力 （即受到超声波的作用）而使该材料发生交变应变时，则会在该材料上产生交变电场，从而达到接收超声波的目的。 利用电致伸缩效应现象的压电换能器常用压电陶瓷，如锆钛酸铅（PZT）、钛酸钡（BaTiO3）、铌酸铅（PbNb2O3）等。 压电式换能器的主要特点是电声转换效率高，特别是接收灵敏度高，但其机械强度较低（脆性大），因而在大功率应用上受到限制（不过目前的最新技术已能 达到数百瓦到上千瓦的声辐射功率）。此外，某些单晶材料容易溶于水而失效（水解）。 2.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-超声波。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，由于趋肤效应的影响会使透入深度受到限制，因此这种磁致伸缩效应所波及的范围仅限于材料表面。在产生超声波时，超 声波的强弱取决于材料表层交变磁场的强度，此外，传声介质与材料表面接触的紧密程度（声耦合）也极为重要。 常用于磁致伸缩式换能器的材料有金属镍、金属钴、铁钴合金、铁镍合金、镍铁氧体、镍锌铁氧体、镍铜铁氧体等。 3.电动式换能器 这是一种把电能转换成机械能，或把机械能转换为电能的装置，其结构如图1.1所示，与膜片相连的圆筒上有细漆包线缠绕的线圈即音圈，该圆筒套在中心磁 导体上。
超声波换能器原理
超声波换能器原理
超声波换能器是一种将电能转换成机械能的装置，主要用于产生超声波或探测物体。
其原理基于压电效应，即某些晶体在受到外界电场时，会发生形变，从而产生声波。
具体来说，超声波换能器由一个压电陶瓷晶体和两个金属电极组成。
当电极上施加电压时，晶体会发生振动，产生超声波。
反过来，当超声波作用在晶体上时，晶体也会产生电信号，成为超声波的探测器。
超声波换能器的特点包括频率高、能量密度大、直线传播性好等。
它可以应用于医学、工业、军事等领域。
在医学上，超声波换能器常用于超声波检查、诊断和治疗。
在工业上，超声波换能器可以用于清洗、焊接、切割等处理。
在军事上，超声波换能器可以用于探测、破坏等用途。
随着科技的不断发展，超声波换能器的应用也越来越广泛。
未来，随着技术的不断革新，超声波换能器将发挥更大的作用，为人类带来更大的便利。
- 1 -。
超声波换能器的原理
超声波换能器的原理今天咱们来好好唠唠超声波换能器的原理。
这玩意儿听起来可能有点高深莫测，但其实理解起来也没那么难。
咱先说说啥是超声波。
超声波呢，就是一种频率特别高的声波，高到我们人类的耳朵一般都听不见。
它就像一个神秘的小精灵，在我们看不见的地方发挥着大作用。
那超声波换能器又是干啥的呢？它就是一个能把一种能量转换成另一种能量的神奇小装置。
具体来讲呢，超声波换能器可以把电能转换成超声波能量，也可以把超声波能量转换成电能或者其他形式的能量。
它的工作原理是啥呢？咱一步一步来理解。
首先，当我们给超声波换能器通上电能的时候，它里面的一些特殊材料就会开始工作。
这些材料通常是压电材料，啥是压电材料呢？就是一种受到压力或者电场作用的时候会产生形变或者产生电场的材料。
当电能加到压电材料上的时候，压电材料就会发生形变。
这种形变可不是普通的形变哦，它是非常微小而且快速的形变。
这种微小的形变会产生机械振动，就像我们用手轻轻拨动一个小弹簧一样，这个小弹簧就会开始来回振动。
而这个机械振动的频率非常高，高到可以产生超声波。
这就好比我们快速地摇动一个小铃铛，会发出清脆的高频声音一样。
所以，电能通过压电材料的形变，就被转换成了超声波能量。
反过来呢，如果有超声波作用在超声波换能器上，它也可以把超声波能量转换成电能。
当超声波传播到压电材料上的时候，会使压电材料再次发生形变。
这次的形变是因为超声波的压力作用在压电材料上引起的。
而这种形变又会产生电场，这个电场就可以被我们检测到，从而把超声波能量转换成了电能。
超声波换能器在很多地方都有大用处呢。
比如说在医学领域，医生们用超声波来检查我们的身体内部情况。
那个超声波探头里面就有超声波换能器，它发出超声波，然后接收反射回来的超声波，通过分析这些反射回来的超声波，医生们就可以知道我们身体里面的器官有没有问题。
在工业领域，超声波换能器也可以用来清洗零件。
它发出的超声波可以在清洗液中产生很多微小的气泡，这些气泡在破裂的时候会产生很大的冲击力，把零件上的污垢清洗掉。
超声波换能器
超声波换能器超声波换能器，是一种将电能转换为超声波能量的设备。
它广泛应用于医学、工业、军事和科学研究等领域，具有非常重要的作用。
本文将从超声波换能器的工作原理、应用领域以及发展趋势等方面进行探讨。
一、超声波换能器的工作原理超声波换能器是由压电陶瓷材料和金属材料组成的复合材料制成的。
当施加电场或机械应力时，压电材料会发生形变，并将电能转换为机械能；反之，施加机械应力时，压电材料会发生电场变化，将机械能转换为电能。
超声波换能器利用压电效应的双重转换特性，将电能转换为机械能，再由机械能转换为超声波能量。
二、超声波换能器的应用领域1. 医学领域：超声波换能器是超声医学成像的核心部件之一。
它可以发送超声波信号并接收回波信号，实现对人体组织的成像。
同时，它还可以用于超声诊断和超声治疗等领域。
2. 工业领域：超声波换能器被广泛应用于工业的检测与测量领域。
例如，利用超声波换能器可以检测材料的厚度、密度和缺陷等信息。
此外，它还可以应用于超声焊接、超声清洗和超声切割等工艺中。
3. 军事领域：超声波换能器在军事领域有着重要的应用。
例如，在水下声呐系统中，超声波换能器可以将电能转换为水下的声波信号，实现潜艇的探测和定位。
4. 科学研究领域：超声波换能器在科学研究领域的应用非常广泛。
例如，它可以用于实验室的材料分析、流体力学研究和声学研究等领域。
三、超声波换能器的发展趋势1. 小型化：随着科技的不断进步，超声波换能器正向着小型化的方向发展。
体积小、重量轻的超声波换能器可以更为方便地集成到各种设备中，提高其应用的灵活性和便捷性。
2. 多功能化：超声波换能器的功能越来越多样化。
除了传统的超声成像和检测功能外，目前还发展出了超声药物输送、超声治疗和超声定向传输等新功能。
这些新功能的出现，不仅可以提高医学诊疗效果，还有助于拓展其他领域的应用。
3. 高频化：随着超声波换能器技术的发展，高频超声波换能器正逐渐取代传统低频超声波换能器。
超声波换能器原理
超声波换能器原理超声波换能器是一种将电能转换为超声波能的装置，它在医疗、工业、生活等领域都有着广泛的应用。
超声波换能器的原理是通过特定的材料和结构来实现电能到超声波能的转换，下面将详细介绍其原理。
首先，超声波换能器的核心部件是压电陶瓷。
压电陶瓷具有压电效应，即在受到外力作用时会产生电荷，反之亦然。
这种特性使得压电陶瓷可以将电能和机械能相互转换。
当电压施加在压电陶瓷上时，它会产生机械振动，这种振动就是超声波。
因此，压电陶瓷是超声波换能器的关键部件。
其次，超声波换能器还包括声束发射器和声束接收器。
声束发射器用于产生超声波，它将电能转换为机械能，通过压电陶瓷的振动产生超声波。
而声束接收器则是用于接收超声波，将其转换为电信号。
这两个部件与压电陶瓷配合工作，实现了超声波的发射和接收。
此外，超声波换能器还需要驱动电路来提供所需的电压和电流。
驱动电路能够根据实际需求来控制压电陶瓷的振动频率和幅度，从而实现对超声波的精确控制。
驱动电路的设计和性能直接影响着超声波换能器的工作效果和稳定性。
总的来说，超声波换能器的原理是利用压电陶瓷的压电效应实现电能到超声波能的转换，同时配合声束发射器、声束接收器和驱动电路来完成超声波的发射、接收和控制。
这种原理使得超声波换能器在医疗领域可以用于超声检查、超声治疗等，同时在工业领域也可以应用于清洗、焊接、切割等多个方面。
总结一下，超声波换能器是一种将电能转换为超声波能的装置，其原理是利用压电陶瓷的压电效应实现电能到超声波能的转换，并通过声束发射器、声束接收器和驱动电路来完成超声波的发射、接收和控制。
这种原理使得超声波换能器在医疗、工业、生活等领域都有着广泛的应用前景。
医学超声原理 第八讲 超声换能器
三、医学超声换能器结构
Function of the backing material
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，将声能变成机械能，再转 换成电能。
有些情况下，换能器既可以用作发射器，又 可以用作接收器，即所谓的收发两用型换能器。
一、超声换能器介绍
工作原理：
通常换能器都有一个电的储能元件和一个机械振动 系统。当换能器用作发射器时，从激励电源的输出级送 来的电振荡信号将引起换能器中电储能元件中电场或磁 场的变化，这种电场或磁场的变化通过某种效应对换能 器的机械振动系统产生一个推动力，推动与换能器机械 振动系统相接触的介质发生振动，向介质中辐射声波。
二、医学超声换能器种类
单元换能器
1.按振子单元数分
多元换能器
线 阵 相控阵 方 阵
凸 阵
2.按声束特性分
聚焦换能器
一维聚焦 二维聚焦
电子聚焦 声学聚焦 电子聚焦 声学聚焦
非聚焦换能器
二、医学超声换能器种类
发射型换能器 3.按收发方式分 接收型换能器
收发兼用型换能器
圆Hale Waihona Puke 换能器环形换能器第八讲 超声换能器
第八讲 医学超声换能器
本章主要内容
一．超声换能器介绍 二．医学超声换能器种类 三．医学超声换能器结构 四．医学超声换能器特性 五．超声发射激励电路 六．超声换能器的匹配技术
一、超声换能器介绍
超声换能器简介（transducer; energy changer ） 用来发射声波的换能器称为发射器。当换能
临床上常用的超声换能器
眼科A（Amplitude ）超探头
超声波换能器原理
图1.2 电磁式换能器基本结构示意图 在发射声波的状态下，通以交变电流的励磁线圈将产生交变磁场，由于衔铁上的磁通量发生变化，从而对衔铁产生交变的电磁作用力，即带动振动膜片发生振 动并推动相邻的传声介质而发射声波。 在接收声波时，与衔铁相连的振动膜片受声波（声压）作用而发生振动，导致衔铁与磁铁间的间隙大小发生交变变化，这将影响到磁路中的磁阻发生交变变 化，于是磁通量发生交变变化，这将使检测线圈两端产生交变的感应电势即可作为输出信号。 常见的电磁式换能器有励磁式扬声器、耳机、拾音器和话筒等，如音响装置中的高音扬声器。 5.电磁-声换能器（又称涡流-声换能器）：利用电动力学法在导电金属中产生超声波的装置，其基本结构如图1.3所示。
超声波换能器原理
电致伸缩效应也有逆效应，即具有电致伸缩效应的多晶材料在经受外加应力产生应变时，其总的极化强度将会发生变化，即表现为电极化（产生电场）。 因此，电致伸缩效应可以说与电极化现象有关（自极化）。 从上述的压电效应和电致伸缩效应的结果来看，两者有几乎相同的表现形式。其中，正压电效应的表现结果与逆电致伸缩效应相当，而逆压电效应的表现结果 则与正电致伸缩效应相当。因此就宏观上来看，在实际应用中常把两者通称为压电效应，但必须注意到它们的物理意义有实质上的不同。在超声检测技术中， 对压电材料施加交变电场，该材料将沿电场方向发生交变应变，从而能在与它紧密接触的介质中激发出机械振动波-超声波。反之，对压电材料施加交变应力 （即受到超声波的作用）而使该材料发生交变应变时，则会在该材料上产生交变电场，从而达到接收超声波的目的。 利用电致伸缩效应现象的压电换能器常用压电陶瓷，如锆钛酸铅（PZT）、钛酸钡（BaTiO3）、铌酸铅（PbNb2O3）等。 压电式换能器的主要特点是电声转换效率高，特别是接收灵敏度高，但其机械强度较低（脆性大），因而在大功率应用上受到限制（不过目前的最新技术已能 达到数百瓦到上千瓦的声辐射功率）。此外，某些单晶材料容易溶于水而失效（水解）。 2.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-超声波。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，由于趋肤效应的影响会使透入深度受到限制，因此这种磁致伸缩效应所波及的范围仅限于材料表面。在产生超声波时，超 声波的强弱取决于材料表层交变磁场的强度，此外，传声介质与材料表面接触的紧密程度（声耦合）也极为重要。 常用于磁致伸缩式换能器的材料有金属镍、金属钴、铁钴合金、铁镍合金、镍铁氧体、镍锌铁氧体、镍铜铁氧体等。 3.电动式换能器 这是一种把电能转换成机械能，或把机械能转换为电能的装置，其结构如图1.1所示，与膜片相连的圆筒上有细漆包线缠绕的线圈即音圈，该圆筒套在中心磁 导体上。
- 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)。
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(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RP。
发射超声波信号大于8m。
40kHZ超声波发射电路(2)
40kHZ超声波发射电路之二，电路中晶体管VT1、VT2组成强反馈稳频振荡器，振荡频率等于超声波换能器T40-16的共振频率。
T40-16是反馈耦合元件，对于电路来说又是输出换能器。
T40-16两端的振荡波形近似于方波，电压振幅接近电源电压。
S是电源开关，按一下S，便能驱动T40-16发射出一串40kHZ超声波信号。
电路工作电压9V，工作电流约25mA。
发射超声波信号大于8m。
电路不需调试即可工作。
40kHZ超声波发射电路(3)
40kHZ超声波发射电路之三，由VT1、VT2组成正反馈回授振荡器。
电路的振荡频率决定于
反馈元件的T40-16，其谐振频率为40kHZ±2kHZ。
频率稳定性好，不需作任何调整，并由T40-16作为换能器发出40kHZ的超声波信号。
电感L1与电容C2调谐在40kHZ起作谐振作用。
本电路适应电压较宽（3~12V），且频率不变。
电感采用固定式，电感量5.1mH。
整机工作电流约25mA。
发射超声波信号大于8m。
40kHZ超声波发射电路(4)
40kHZ超声波发射电路之四，它主要由四与非门电路CC4011完成振荡及驱动功能，通过超声换能器T40-16辐射出超声波去控制接收机。
其中门YF1与门YF2组成可控振荡器，当S 按下时，振荡器起振，调整RP改变振荡频率，应为40kHZ。
振荡信号分别控制由YF4、YF3组成的差相驱动器工作，当YF3输出高电平时，YF4一定输出低电平；YF3输出低电平时，YF4输出高电平。
此电平控制T40-16换能器发出40kHZ超声波。
电路中YF1~YF4采用高速CMOS电路74HC00四与非门电路，该电路特点是输出驱动电流大（大于15mA），效率高等。
电路工作电压9V，工作电流大于35mA，发射超声波信号大于10m。
40kHZ超声波发射电路(5)
40kHZ超声波发射电路之五，由LM555时基电路及外围元件构成40kHZ多谐振荡器电路，调节电阻器RP阻值，可以改变振荡频率。
由LM555第3脚输出端驱动超声波换能器T40-16，使之发射出超声波信号。
电路简单易制。
电路工作电压9V，工作电流40~50mA。
发射超声波信号大于8m。
LM555可用NE555直接替代，效果一样。
双稳态超声波接收机电路
由于单稳态接收机无记忆功能，所以不能用在家用电器的开与关中，适用面不宽。
是一种双稳态超声波接收机电路，它的前级电路同图2-186电路完全一样，只是执行电路不同。
电路中，由VT5、VT6及相关辅助元件构成双稳态电路，当VT4每导通一次（发射机工作一次），触发信号经C7、C8向双稳电路送进一个触发脉冲，VT5、VT6状态翻转一次，当VT6从截止状态转变成导通状态时，VD5截止，VT7截止，继电器K释放；当再来一个触发信号时，VT6由导通转变为截止状态，VD5导通，VT7导通，继电器K吸合......由于增
加了双稳电路，使之用于电灯、电扇、电视等电器遥控成为现实。
调试时，在a点与+6V（电源）之间用导线快速短路一下后松开，继电器应吸合（或释放），再短路一下松开，继电器应释放（或吸合），如果继电器无反应，请检查双稳电路元件焊接质量和元件参数。
一般情况下一次即可成功。
单稳式超声波接收器电路
单稳式超声波接收器电路原理图，超声波换能器R40-16谐振频率为40kHZ，经R40-16选频后，将40kHZ以外的干扰信号衰减，只有谐振于40kHZ的有用信号（发射机信号）送入VT1~VT3组成的高通放大器放大，经C5、VD1检出直流分量，控制VT4、VT5组成的电子开关带动继电器K工作。
由于该电路仅作单路信号放大，当发射机每发射一次超声波信号时，接收机的继电器吸合一次（吸合时间同发射机发射信号时间相同），无记忆保持功能。
可用作无线遥控摄象机快门控制、儿童玩具控制、窗帘控制等。
电路中VT1β≥200，VT2β≥150，其他元件自定。
电路不需调试即可工作。
如灵敏度和抗干扰不够，可检查三极管的β值与电容C4的容量是否偏差太大。
经实测，配合相应的发射机，遥控距离可达8m以上。
在室内因墙壁反射，故没有方向性。
电路工作电压3V，静态电流小于10mA。