超声波流量计探头及换能器原理  一六零

使超声波聚焦的方法主要有两种:

(1)直接将晶片制成凹面形,如凹球面,凹圆柱面等,发射的超声波直接聚焦,此时晶片的振动已不完全是如同平面晶片那样的厚度振动,而有弯曲振动等复杂形式出现,但是,由于这种方法的晶片制作工艺难度较大而且曲率半径不易保证,所以较少采用.

(2)在换能器平面压电元件前面加聚焦声透镜,利用几何声学与折射原理,使经过声透镜后的超声波束会聚达到聚焦目的.它的原理与光学情形有相似之处,声透镜材料中的声速大于传声介质声速时,声透镜呈凹形,而声透镜材料声速低于传声介质声速时,则声透镜呈凸形,这与光学透镜情况是相似的(空气中的光速近似等于真空中的光速,大于光学透镜材料中的光速,所以光学聚焦透镜常用凸透镜).例如四氯化碳(声速937.8米/秒),低于一般传声介质,故可以充填在凸透镜形薄壳(铝或塑料)中做成凸聚焦声透镜.工业超声检测中应用的聚焦超声探头多采用凹形声透镜.视声透镜的曲面形状,可以实现线聚焦或点聚焦,这种方法由于制作工艺较简单而获得广泛应用.

常见的超声聚焦探头及其设计制作考虑因素如下:

[1]普通水浸聚焦直探头:

普通水浸聚焦直探头的型号命名方法如下例:2.5P20 F50 DJ

第一项为探头名义中心谐振频率(这里是2.5MHz)

第二项为压电材料(这里的P即是PZT)

第三项为晶片尺寸(这里是直径20毫米)

第四项是水中焦距(这里是50毫米)

第五项表示聚焦类型(这里是点聚焦,如果是线聚焦则用XJ表示)

水浸聚焦直探头为最广泛应用的型式,其关键在于声透镜的设计与制作,而其他如吸收块,压电晶片以及电阻抗匹配等则与普通直探头的考虑因素相同.

超声波流量计