2021年2021年河南超声波检测.ppt

超声波探头
１、压电效应
１）正压电效应
　　晶体材料在外力拉压作用下，产生交变电场的效应称为正压电效应。
２）逆压电效应
　　晶体材料在交变电场作用下，产生伸缩变形的效应称为逆压电效应。
Ａ
Ｂ
－
＋
＋
—
a)石英晶体
b)正压电效应
c)逆压电效应
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2、压电材料的主要性能参数
1) 压电应变常数
压电应变常数表示在压电晶体上施加单位电压时所产生的应变大小。
式中　Ｕ——施加在压电晶片两面的应力
　　　Δt——晶片在厚度方向的变形量
压电应变常数d33是衡量压电晶体材料发射灵敏度高低的重要参数。
D33值越大，发射性能越好，发射灵敏度越高。
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2) 压电电压常数
压电电压常数表示作用在压电晶体上单位应力所产生的电压梯度大小
式中　P——施加在压电晶片两面的应力
　　Ｕp——晶片表面产生的电压梯度，即电压Ｕ与晶片厚度t之比，
　　Ｕp ＝Ｕ／ｔ
压电电压常数g33是衡量压电晶体材料接收灵敏度高低的重要参数。
g33值越大，接收性能越好，接收灵敏度越高。
2、压电材料的主要性能参数
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3) 介电常数
介电常数表示在压电晶体上施加单位电压时所产生的应变大小。
式中C——电容器电容
　　t——电容器极板距离
　　A——电容器极板面积
介电常数　越大电容器存贮的电量越大。越小电容器放电时间越快频率越高。
2、压电材料的主要性能参数
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4) 机电耦合系数
机电耦合系数Ｋ，表示压电材料机械难（声能）与电能之间的转换效率
当晶片振动时，同时产生厚度和径向两个方向的变形，因此机电耦合系数分为厚度方向Ｋt和径向Ｋp。Ｋt越大探测灵敏度越高。Ｋp越大，低频谐振波增多，发射脉冲变宽，导致分辨率下降，盲区增大。
正压电效应
负压电效应
2、压电材料的主要性能参数
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5) 机械品质因子
压电晶片在谐振时贮存的机械能Ｅ贮与在一个周期内损耗的能量Ｅ损
之比称为机械品质因子。
机械品质因子对分辨力有较大影响，该值越大，表示损耗小，晶片振动时间长，脉冲宽大，分辨力低。反之该值越小，表示损耗大，脉冲宽度小，分辨力提高。
2、压电材料的主要性能参数
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6) 频率常数
压电晶片的厚度与固有频率的乘积是一个常数，这个常数叫作频率常数
式中cL——晶片中纵波声速
　　t——晶片厚度
　　f0——晶片固有频率
晶片材料一定，频率越高，厚度越小
2、压电材料的主要性能参数
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7) 居里温度
压电材料与磁性材料一样，其压电效应与温度有关，它只能在一定的
温度范围内产生，超过一定的温度压电效应就会消失。使压电材料的
压电效应消失的温度称为压电材料的居里温度，用Ｔc表示。
结论：超声波探头对晶片的要求
（1）机电耦合系数Ｋ较大，以便获得较高的转换效率
（2）机械品质因子较小，以便获得较高的分辨率和较小的盲区
（3）压电应变常数和压电电压常数较大，
以便获得较高的发射灵敏度和接收灵敏度
（4）频率常数Ｎ较大，介电常数较小，以便获得较高的频率
（5）居里温度Ｔ较高，声阻抗Ｚ适当
2、压电材料的主要性能参数
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接口
外壳
电缆线
阻尼块
压电晶片
保护膜
接口
外壳
电缆线
阻尼块
压电晶片
斜楔
吸声材料
3、探头的结构
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1) 压电晶片
3、探头的结构
利用压电晶片的压电效应发射和接收超声波信号，实现声能和电能的转换。
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