声超声波传感器PPT教案

1、声超声波传感器声超声波传感器第1页/共28页第2页/共28页第3页/共28页二二.第4页/共28页第5页/共28页第6页/共28页第7页/共28页第8页/共28页第9页/共28页第10页/共28页外壳电缆电极引线背衬压电晶片保护膜图7.1 厚度振动换能器结构图 第11页/共28页压电晶片通常为圆片。保护膜的作用是防止晶片与外界接触和磨损,并起声阻抗匹配作用。背衬由环氧树脂和钨粉混合固化而成,用于增加机械阻尼,扩展带宽,减小波形失真,提高分辨率。外壳电缆电极引线背衬压电晶片保护膜第12页/共28页图7.2 超声检测中实际应用的探头结构 接线座绝缘柱外壳电极引线背衬晶片模块外壳绝缘柱接线座电极引线

2、背衬晶片第13页/共28页从探头的结构可见,厚度振动换能器主要由压电陶瓷晶片、保护膜和背衬组成。这三部分决定了厚度振动换能器的主要特性,图7.2 超声检测中实际应用的探头结构 接线座绝缘柱外壳电极引线背衬晶片模块外壳绝缘柱接线座电极引线背衬晶片第14页/共28页下面就以图7.3所示的厚度振动换能器的这一理论模型研究这种换能器的性能。图中1为保护膜,2为背衬,3为压电晶片。4123图7.3 厚度振动换能器的理论模型 第15页/共28页12121 : nC0 C0IUF1F22tanjktvS2tanjktvSktvSsinj图7.4 厚度振动晶片的机电等效图第16页/共28页1 11 1111

3、1121 1tan,2sink tv SZjv SZjk t图7.5 保护膜和背衬的等效机电图 12F1F2Z1Z1Z2第17页/共28页图7.6 厚度振动换能器的机电等效图 1101 : nC0 C0IU2tanjktvSktvSsinj22112tanj22222tkSv2tanj11111tkSv22222sinjtkSv11111sinjtkSvZs由图7.4和图7.5,利用交界面力和速度连续的边界条件,可得到如图7.6所示的厚度振动换能器的机电等效图。图中Zs为辐射声阻抗。第18页/共28页1 111 11 1cossin0sv S Xk tRZk t式中 221 11 112201

4、 111 11 1121 1221 11 11tancot1() 1() tan1tan1() tanssssnZk tXvSktv SZCv Sk tv Sk tRZZk tv S第19页/共28页21 111 111 11 1()cossinassv SZv S Rk tZ Xk t接收时,在声压p的作用下,低频时的开路输出电压为 112220011 1()nS pnS ptUv Sv SCCS tt可见,在很低频率时,开路输出电压是与频率无关的常数。第20页/共28页第21页/共28页,因而广泛用于水声技术、超声技术、海洋开发和地质勘探中,并常用来作标准接收换能器。第22页/共28页图中

5、,1同轴电缆,2金属套筒,3橡皮护套和衬垫,4压电陶瓷圆管,5释压材料,6金属端帽。在低频（远低于共振频率）时,这种换能器的接收灵敏度有平坦的响应。较小的圆管有较高的共振频率,可获得较宽的、平坦的频带宽度,但灵敏度将有所降低。 图7.7 圆柱形水听器的结构 3.18 cm456321第23页/共28页22222241()()rv 式中,l=v/l,r=v/a,v为声速,为泊松系数,=1,3,5 下面考虑几种特殊情形（当1时）: (1) a0 01EvYll 即为长l的棒的共振角频率。式中,为密度,YE0为杨氏模量。 第24页/共28页01ErvYaa即为平均半径为a的薄圆环径向振动的共振角频率。 (3) l0221(1)1ErYa为无穷长的薄壁圆管径向共振角频率。第25页/共28页01(1)1ErYa或写成 0(1)EYl为长度等于半周长的薄圆管的耦合共振角频率。 第26