声超声波传感器.pptx
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1、声超声波传感器声超声波传感器第1页/共28页第2页/共28页第3页/共28页二二.第4页/共28页第5页/共28页第6页/共28页第7页/共28页第8页/共28页第9页/共28页第10页/共28页三.厚度振动换能器 厚度振动换能器是利用压电陶瓷的厚度振动模式,工作频率一般从几百kHz至十几MHz广泛应用于超声技术中。图7.1为厚度振动换能器结构图。图7.1 厚度振动换能器结构图 第11页/共28页压电晶片通常为圆片。保护膜的作用是防止晶片与外界接触和磨损,并起声阻抗匹配作用。背衬由环氧树脂和钨粉混合固化而成,用于增加机械阻尼,扩展带宽,减小波形失真,提高分辨率。第12页/共28页 图7.2是超
2、声检测中实际应用的探头的结构剖面图。图(a)为直探头,声波垂直入射。图(b)为斜探头,声波以一定角度入射。图7.2 超声检测中实际应用的探头结构 接线座绝缘柱外壳电极引线背衬晶片模块外壳绝缘柱接线座电极引线背衬晶片第13页/共28页从探头的结构可见,厚度振动换能器主要由压电陶瓷晶片、保护膜和背衬组成。这三部分决定了厚度振动换能器的主要特性,图7.2 超声检测中实际应用的探头结构 接线座绝缘柱外壳电极引线背衬晶片模块外壳绝缘柱接线座电极引线背衬晶片第14页/共28页下面就以图7.3所示的厚度振动换能器的这一理论模型研究这种换能器的性能。图中1为保护膜,2为背衬,3为压电晶片。图7.3 厚度振动换
3、能器的理论模型 第15页/共28页 从晶体的压电方程、运动方程、几何方程和边界条件,可导出如图7.4所示的厚度振动晶片的机电等效图。图中,、v、t和S分别表示晶片的密度、声速、厚度和截面积,C0=S/(tS33)为晶片截止电容,n=Sh33/(S33t)为机电转换系数,、和F1、F2表示晶片两端的振速和所受外力。图7.4 厚度振动晶片的机电等效图第16页/共28页 保护膜和背衬的等效机电图如图7.5所示。对保护 。对背衬只 需将下标1改为2,则Z1和Z2有相同的表达式。图7.5 保护膜和背衬的等效机电图 第17页/共28页图7.6 厚度振动换能器的机电等效图 由图7.4和图7.5,利用交界面力
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