Що таке ультразвуковий перетворювач

Перетворювач (зонд) — це пристрій, який перетворює фізичну енергію всередину та назовні. Ультразвуковий зонд перетворює електричну енергію в акустичну енергію та перетворює акустичну енергію в електричну. Реалізується перетворення енергії. Тому ультразвуковий зонд також називають ультразвуковим перетворювачем, який можна використовувати як для передачі, так і для прийому ультразвукових хвиль і є ключовим компонентом ультразвукової системи вимірювання дальності. ультразвукові перетворювачі в основному включають механічні ультразвукові перетворювачі, електричні ультразвукові перетворювачі та електроакустичні ультразвукові перетворювачі. Серед них електроакустичні ультразвукові датчики в основному складаються з п’єзоелектричних кристалів (електрострикційні) і сплаву нікель-залізо-алюміній (магнітострикційні). Відповідно до різних конструкцій, форма ультразвукового перетворювача в основному має форму колони (передня та задня металеві кришки мають однаковий діаметр), рупорний тип (діаметр передньої пластини кришки надмірно зменшений через форму дуги) та форму колони з секцією посередині.

А П’єзоелектричний керамічний перетворювач — це електроакустичний перетворювач, який перетворює електричну та акустичну енергію на основі п’єзоелектричних та зворотних п’єзоелектричних ефектів певних кристалів. П'єзоелектричні ультразвукові датчики в основному складаються з п'єзоелектричних пластин. Ультразвуковий датчик, що складається з п’єзоелектричних кристалів, є оборотним датчиком, який перетворює електричну енергію в акустичну енергію, а коли він отримує ультразвукові хвилі, він також може перетворювати акустичну енергію в електричну. П’єзоелектричні ультразвукові датчики працюють за допомогою резонансу п’єзоелектричного кристала. Структура деяких монокристалічних матеріалів має асиметричні характеристики. Коли ці матеріали піддаються зовнішнім навантаженням і деформаціям, зміни внутрішньої решітки (деформація) призведуть до руйнування початкового макроскопічного стану електричної нейтральності, що призведе до поляризованого електричного поля. (електрохімічна), генероване електричне поле (поляризація електрода) пропорційне величині деформації. Це явище називається позитивним п’єзоелектричним ефектом, який був відкритий братами Кюрі в 1880 році. Згодом, у 1881 році, було додатково виявлено, що такі монокристалічні матеріали також мають зворотний п’єзоелектричний ефект, тобто коли матеріал із позитивним п’єзоелектричним ефектом піддається прикладеному електричному полю, виникають напруга та деформація, а також деформація та зовнішнє електричне поле. Просто пропорційно. Експерименти показали, що п'єзоефект і зворотний п'єзоефект в певних межах лінійні. Тобто в п’єзоелектричному ефекті поверхнева щільність заряду п’єзоелектричного кристала пропорційна величині деформації. Коли деформація змінює знак, змінює знак і заряд. При зворотному п'єзоефекті п'єзокристал деформується під дією зовнішнього електричного поля. Розмір пропорційний напруженості електричного поля, і коли електричне поле реверсується, деформація також реверсується. П’єзоелектричні перетворювачі — це пристрої, які перетворюють електричну та акустичну енергію за допомогою п’єзоелектричного ефекту певних монокристалічних матеріалів і електрострикційних ефектів полікристалічних матеріалів. Завдяки високій електроакустичній ефективності, великій потужності, а також структурі та формі, які можна спроектувати відповідно до різних застосувань, він широко використовується в області ультразвуку.

Ультразвукові п'єзоелектричні перетворювачі поділяються на однозондові та двозондові. Режим одного датчика стосується ультразвукового датчика наближення, який використовується для передачі як ультразвукових хвиль, так і ультразвукових хвиль, тобто зонд використовується як для передачі, так і для прийому. У режимі роботи з одним зондом, під час передачі ультразвукових хвиль, необхідно подати на зонд напругу понад десять вольт, кілька десятків вольт або навіть сотні вольт, щоб викликати механічну вібрацію зонда. Ця механічна вібрація передає вібрацію п’єзоелектричної пластини механічній енергії. Перетворюється в акустичну енергію для збудження ультразвукових хвиль. Коли ультразвукова хвиля приймається, афтершок, створений ультразвуковою хвилею, не зникає відразу, а амплітуда переданого сигналу є більш очевидною, ніж амплітуда ехо-сигналу, так що приймаюча сторона помилково генерує хвилю, створену вібрацією, як відлуння. Помилки вимірювань впливають на точність ультразвукового датчика відстані. Традиційна практика полягає в тому, щоб припинити передачу, відкласти період часу, уникнути часу цього афтершоку та почати отримувати відлуння, що призводить до сліпої зони. Подвійний зонд працює, посилаючи дві ультразвукові хвилі та приймаючи ультразвукові хвилі за допомогою того самого зонда. На рівні аналізу сліпої зони з одним зондом режим роботи з двома зондами може повністю усунути сліпу зону та збільшити відстань вимірювання. Однак у практичних застосуваннях, оскільки відстань між зондом, що передає, і зондом, що приймає, невелика, а звукова хвиля є дифракційною, хвиля, випромінювана ультразвуковим зондом, що передає, може не відбиватися від перешкоди, а безпосередньо обходити зонд, що приймає, що призводить до позитивних результатів, отже, сліпа зона все ще існує.