超声波液位计研发的探讨  十三

§2-2 超声波探头的选择

以超声波为检测手段，包括发射超声波和接收超声波，并将接收的超声波转换成电信号输出的装置称为超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。常用的超声波传感器有两种，即压电式超声波传感器(或称压电陶瓷换能器)和磁致式超声波传感器[10]。在考虑超声波探头成本和应用环境的基础上，本课题拟采用压电陶瓷一体式超声波传感器。

压电陶瓷换能器是由压电陶瓷片和轻重两种金属组成。

压电陶瓷片是由一种多晶结构的压电材料（如石英、锆钛酸铅陶瓷等），在一定温度下经极化处理制成的。它具有压电效应，即受到与极化方向一致的应力T 时，在极化方向上产生一定的电场强度E 且具有线性关系：E = g ⋅T ,即力→电，称为正压电效应；当与极化方向一致的外加电压U 加在压电材料上时，材料的伸缩形变S 与U 之间有简单的线性关系：S = d ⋅U ，即电→力，称为逆压电效应。其中g为比例系数， d 为压电常数，与材料的性质有关。由于E 与T ， S 与U 之间有简单的线性关系，因此我们就可以将正弦交流电信号变成压电材料纵向的长度伸缩，使压电陶瓷片成为超声波的波源。即压电换能器可以把电能转换为声能作为超声波发生器，反过来也可以使声压变化转化为电压变化，即用压电陶瓷片作为声频信号接收器。因此，压电换能器可以把电能转换为声能作为声波发生器，也可把声能转换为电能作为声波接收器之用。

超声波液位计