以高于人类听觉范围产生的声音称为超声波。超声波换能器是一种有声传感器。虽然超声波通常以 20 kHz 开始，但大多数超声波换能器根据其应用从 200 kHz 开始。超声波自然就像可听见的声音，其波长要低得多，更适合识别小故障。这些较短的波长是特殊的，因为它们使超声波和超声波换能器在测量材料和无损检测方面非常有用。这些换能器是流量、液位测量和距离传感器以及生物医学、电力和其他超声应用中的主要元件。

                                                                                                                       

什么是超声波换能器？

超声波换能器是任何超声波测试中非常显着和重要的部分。为特定应用选择合适的传感器是一件相当重要的事情。包含仪器情况和设置、物质特性和耦合情况的因素也会影响测试结果。超声波换能器可以通过分辨率或灵敏度来选择。

分辨率是传感器在两个反射器靠近时断开它们发出的信号的能力。灵敏度是作为超声波传感器识别物质中小缺陷的能力而引入的。极度阻尼的换能器有助于降低反射信号，从而允许换能器修正间隔很近的故障。换能器系统生产商可以提供聚焦换能器以提高灵敏度和分辨率，并提供多种极化陶瓷材料和单晶来改变换能器工艺。有关超声波换能器结构的更多信息，请访问此处。

超声波换能器将电信号发射到目标，当信号撞击物体时，它会返回到换能器。在这个过程中，这个传感器测量目标的距离，而不是声音的质量。这些换能器利用超声波来评估一些变量。它在多个领域都有广泛的应用。超声波的频率范围在 20 kHz 以上。这些通常用于测量距离使用情况。

超声波换能器是一种能够产生和接收超声波振动的系统。该传感器由耐磨板、有源元件和背衬组成。有源元件是将电能转换为超声波能量的压电或单晶物质。然后，它将回收超声波能量并将其转化为电能。电能脉冲由故障检测器等设备产生。

在超声波NDT（无损检测）中，换能器将来自测试设备的电能脉冲转换为在测试件内移动的声波类型的机械能。从测试件发回的声波被换能器转换成电能脉冲，该脉冲可以由测试系统执行和说明。实际上，换能器用作超声波扬声器和麦克风，产生和恢复频率远高于人类听力水平的声波脉冲。

超声波换能器类型

根据压电晶体排列、占地面积和频率等关键因素，可以使用不同类型的超声波换能器。其中最有效的类型如下：

线性换能器——在这种换能器中，压电晶体阵列是线性的。

相控阵超声波换能器——这种换能器占地面积小，频率低。（其主频为 2 MHz – 7 MHz）

标准换能器——该型号也作为凸面换能器推出。在这种类型中，压电晶体呈弯曲形状。对于深度应用，这些都太合适了。

对于无损检测，超声换能器有多种类型，包括角束换能器、延迟线换能器、浸入式换能器、接触式换能器和双晶换能器。

超声波换能器组件

超声波换能器是一种可以产生和接收超声波的设备。它包含三个基本组件。下面介绍各部分的性能。

压电晶体

换能器的中心被引入作为系统的“活性成分”。它容忍稀疏和压缩，以便将电能转换为超声波能量或相反。故障检测器是另一种用于产生电脉冲的仪器，然后将电脉冲传送到换能器。

后盾

它是一种非常稠密的物质，这也太基础了。这样做的唯一目标是吸收从晶体背面发出的能量以监测振动。可以通过控制晶体背衬物质的声阻抗来构造一个精度很高的传感器。如果背衬材料发生了变化，这种声阻抗的差异就可以改变。这肯定会影响传感器，因为分辨率可能会改变得更高。

耐磨板

换能器中设置了耐磨板，以支持不同应用中的压电晶体。它保护超声波换能器免受的环境问题通常是磨损和腐蚀。耐磨板通常用作晶体与水、楔形或延迟线之间的声学转换器。

超声波换能器的工作原理

当对超声波换能器执行电信号时，它会在特征频率范围内振动并产生声波。这些声波移动，无论何时发生任何障碍，这些声波都会发回传感器数据。最后，该数据转换为电信号。

在这里，换能器评估从发送声波到获得回波信号之间的时间间隔。超声波传感器以 40 kHz 的频率发射超声波脉冲，该脉冲在空气中移动。这些换能器比红外传感器更受欢迎，因为这些超声波换能器不受黑色材料、灰尘、烟雾等的影响。

近年来，用微加工零件代替通常的实心陶瓷盘或板的复合器件的应用有所增加。它们是一些微小的压电陶瓷圆柱体，固定在环氧树脂基质中。

复合部件可以在许多故障检测应用中提供更高的带宽和更高的灵敏度。当它受到电脉冲的刺激时，这个压电部分会产生声波，当它受到返回信号的振动时会产生电压。这个特定的元件可以防止磨损板或声学透镜的损坏，并由一块阻尼物质支撑，在声音脉冲产生后使换能器静音。该超声波子部件安装在具有适当电气耦合的外壳中。所有角梁、延迟线、公共接触和浸入式换能器均采用此主要模型。

成像系统中使用的相控探头很容易将多个单独的换能器部件整合到一个单一的设计中。双晶传感器，通常用于腐蚀检查系统，其不同之处在于它们具有不同的发射和接收部分，由声屏障和集成延迟线分隔，以引导和组合声能，而不是磨损板或透镜。