超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波,由換能晶片在交變電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的,它具有頻率高、波長短、繞身現(xiàn)象小、特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大,尤其是在不透明的固體中,它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成回波,碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勤效應(yīng)。因此,超聲波檢測廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防,生物醫(yī)學(xué)等方面。
以超聲波作為檢測手段,必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器,習(xí)慣上稱為超聲換能器,或者超聲探頭。
超聲波探頭主要由壓電晶片組成,既可以發(fā)射超聲波,也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多用于探測。它有許多不同的結(jié)構(gòu),可分直探頭(縱波)、斜探頭(橫波)、表面波探頭(表面波),蘭姆波探頭(蘭姆波)、雙探頭(一個(gè)探頭反射一個(gè)探頭接收)等。
超聲波探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電唱片。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。晶片的大小,如直徑和厚度也各不相同,因此每個(gè)探頭的性能是不同的,使用前必須預(yù)先了解它的性能。
超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)包括:
(1)工作頻率。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時(shí),輸出的能量最大,靈敏度也最高。
(2) 工作濕度。由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高,特別是診斷用超聲波探頭使用功率較小,所以工作溫度比較低,可以長時(shí)間地工作而不失效。醫(yī)療用超聲波探頭的溫度比較高,需要單獨(dú)的制冷設(shè)備。
(3)靈敏度。主要取決于制造晶片本身。機(jī)電耦合系數(shù)大,靈敏度高;反之,靈敏度低。
