压电式超声波传感器

压电式超声波传感器

压电式超声波传感器是利用压电材料的压电效应原理工作的超声波传感器，是最为常用的超声波传感器类型。常用的压电材料包括压电晶体和压电陶瓷。

工作原理

根据正、逆压电效应的不同，压电式超声波传感器分为两种：

发生器（发射探头）

利用逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动，从而产生超声波。当外加交变电压的频率等于压电材料的固有频率时会产生共振，此时产生的超声波最强。可产生几十千赫到几十兆赫的高频超声波，声强可达几十瓦每平方厘米。

接收器（接收探头）

利用正压电效应工作。当超声波作用到压电晶片上引起晶片伸缩时，在晶片的两个表面上产生极性相反的电荷，这些电荷被转换成电压经放大后送到测量电路。接收器的结构和发生器基本相同，有时用同一个传感器兼作发生器和接收器。

结构类型

通用型

• 中心频率一般为几十千赫
• 主要由压电晶片、圆锥谐振器、栅孔等组成

高频型

• 频率一般在100kHz以上
• 主要由压电晶片、吸收块（阻尼块）、保护膜等组成

核心组件

• 压电晶片：多为圆板形，厚度δ与超声波频率f成反比，两面镀有银层作为导电极板
• 阻尼块：降低压电晶片的机械品质，吸收超声波能量，防止晶片继续振荡，提高分辨率
• 保护膜：0.3mm厚的塑料膜、不锈钢片或陶瓷片，避免传感器与被测件直接接触而磨损压电晶片