邢臺(tái)定制超聲波傳感器廠家
發(fā)布時(shí)間：2022-05-11 01:32:12
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水聲換能器是發(fā)射和接收水中聲信號(hào)的裝置，應(yīng)用廣泛的是電聲轉(zhuǎn)換的水聲換能器，即轉(zhuǎn)換電能為水中聲能的水聲發(fā)射器，以及轉(zhuǎn)換水中聲能為電能的水聲接收器(即水聽(tīng)器)。水是聲阻抗率較高的媒質(zhì)，因此要發(fā)射較大聲功率就必須有較大的力。常用水聲換能器按其基本換能機(jī)理分為可逆式和不可逆式兩大類?？赡媸?可作接收器)的有：電動(dòng)、靜電、可變磁阻(電磁)、磁致伸縮和壓電水聲換能器。不可逆式(不可作接收器)的有：調(diào)制流體(流體動(dòng)力)、氣動(dòng)(如氣槍)、化學(xué)能(如信號(hào)彈)、機(jī)聲(如掃水雷聲源)等。
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超聲波測(cè)井換能器（超聲探頭）的工作原理大體是相同的，其內(nèi)部一般都包含一個(gè)電的儲(chǔ)能元件和一個(gè)機(jī)械振蕩體系。當(dāng)換能器用作發(fā)射器時(shí)，從激勵(lì)電源送來(lái)的電振蕩信號(hào)將引起換能器中電儲(chǔ)能元件中電場(chǎng)或磁場(chǎng)的改變，這種改變經(jīng)過(guò)某種效應(yīng)對(duì)換能器的機(jī)械振蕩體系發(fā)生一個(gè)推進(jìn)力，使其進(jìn)入振蕩狀態(tài)，從而推進(jìn)與換能器機(jī)械振蕩體系相觸摸的介質(zhì)發(fā)生振蕩，向介質(zhì)中輻射聲波。接收聲波的過(guò)程正好與此相反，外來(lái)聲波作用在換能器的振蕩面上，從而使換能器的機(jī)械振蕩體系發(fā)生振蕩，憑借某種物理效應(yīng)，引起換能器儲(chǔ)能元件中的電場(chǎng)或磁場(chǎng)發(fā)生相應(yīng)的改變，從而引起換能器的電輸出端發(fā)生一個(gè)相應(yīng)于聲信號(hào)的電壓和電流。
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換能器的接收電壓靈敏度，又稱自由場(chǎng)電壓靈敏度。這里所謂的自由場(chǎng)是指均勻各向同性媒質(zhì)中可以忽略邊界影響時(shí)的聲場(chǎng)。有效聲中心是指在發(fā)生器上或附近的一點(diǎn)，從遠(yuǎn)處觀察時(shí)似乎聲波是從該點(diǎn)發(fā)出的球面發(fā)散聲波，即聲源直徑很小以至可以近似地把它看作點(diǎn)聲源。在給出換能器自由場(chǎng)電壓靈敏度時(shí)，一般還應(yīng)同時(shí)指明參考點(diǎn)，指定方向和輸出端。若是接收換能器輸出端阻抗無(wú)限大時(shí)，則此時(shí)的接收電壓靈敏度就稱為開(kāi)路靈敏度（或稱開(kāi)路響應(yīng)）。
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聲波換能器的種類可分為壓電換能器、夾心換能器、柱型換能器、倒喇叭型換能器等等。用于將機(jī)械參數(shù)（如壓力和加速度）轉(zhuǎn)換為電參數(shù)，或者反過(guò)來(lái)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)。在傳感器中，它們可將力、壓力和加速度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，在聲波和超聲波傳感器與啟動(dòng)器中，它們可將電壓力轉(zhuǎn)換為振動(dòng)或形變。我國(guó)對(duì)壓電陶瓷的研究始于五十年代末期，比國(guó)外晚10年左右，目前在壓電陶瓷的試制、工業(yè)生產(chǎn)等方面都已有相當(dāng)雄厚力量，有不少材料已達(dá)到或接近國(guó)際水平。
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超聲波換能器又稱超聲波振子是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能(超聲波)的器件，主要是利用壓電陶瓷的壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能與聲能的相互轉(zhuǎn)換，故稱為超聲波換能器(壓電換能器)。超聲波換能器由中央壓電陶瓷元件，前后金屬蓋板，預(yù)應(yīng)力螺桿，電極片以及絕緣管組成。超聲換能器是一種能量轉(zhuǎn)換器。它的性能描述和評(píng)價(jià)需要許多參數(shù)。超聲傳感器的特性參數(shù)包括諧振頻率、頻帶寬度、機(jī)電耦合系數(shù)、電聲效率、機(jī)械品質(zhì)因數(shù)、阻抗特性、頻率特性、方向性、傳輸和接收靈敏度等。UCER要求輸出功率大、能量轉(zhuǎn)換效率高，而接收傳感器要求頻帶寬、靈敏度高、分辨率高。因此，在超聲波傳感器的具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須根據(jù)具體應(yīng)用合理設(shè)計(jì)傳感器的相關(guān)參數(shù)。
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靜態(tài)負(fù)載：在壓電陶瓷產(chǎn)生位移過(guò)程，負(fù)載力大小不發(fā)生變化。彈簧型負(fù)載（非恒定負(fù)載）：當(dāng)產(chǎn)生位移時(shí)，負(fù)載值隨著彈簧反作用發(fā)生變化。彈簧負(fù)載（非恒定負(fù)載）：由于產(chǎn)生的出力和壓電陶瓷的彈簧常數(shù)間的關(guān)系，位移范圍發(fā)生變化。靜態(tài)恒定負(fù)載：初始位置（0V位置）由于彈簧常數(shù)而下降，但是在靜態(tài)恒定負(fù)載下總位移范圍不變。基本上，由電壓值的大小控制目標(biāo)位移和產(chǎn)生的出力的大小。但在驅(qū)動(dòng)時(shí)，需要考慮由于陶瓷本身的遲滯或共振產(chǎn)生的振鈴響聲。在脈沖驅(qū)動(dòng)時(shí)，還需進(jìn)一步考慮由于介電損耗、壓電陶瓷電容充放電電流和功率輸出產(chǎn)生的熱量。