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超声波换能器的组成与类型
点击次数:340 发布时间:2021-04-17

超声换能器是任何超声测试中极为重要和至关重要的部分。为特定应用选择合适的换能器是最重要的,包括仪器条件和设置,材料特性和耦合条件在内的因素也会影响测试结果。可以选择传感器的灵敏度或分辨率。灵敏度定义为换能器检测材料中微小缺陷的能力。分辨率是当两个反射镜垂直于光束或平行于光束靠近在一起时,换能器分离两个反射镜产生的信号的能力。高度阻尼的换能器有助于缩短反射脉冲,从而使换能器解决间距很小的缺陷。换能器设备可以提供不同性能的换能器,以提高灵敏度和分辨率,并提供多种极化陶瓷成分,单晶,聚合物和压电复合材料,以其来改变换能器的性能。

超声波换能器的组成

在人类听觉范围之上产生的声音称为超声。尽管超声通常以20 KHz开始,但是大多数超声换能器以200 KHz开始。超声波本质上类似于可听声音,其波长要短得多,并且更适合于检测微小缺陷。这些较短的波长使超声和超声换能器对材料的无损检测和测量极为有用。

超声换能器本身就是一种能够产生和接收超声振动的设备。超声换能器由有源元件,衬板和耐磨板组成。有源元件是将电能转换成超声能的压电或单晶材料。然后,它还将接收回超声波能量并将其转换为电能。电能脉冲由诸如探伤仪之类的仪器产生。

背衬最通常是高衰减且非常致密的材料,并且通过吸收从压电元件的背面辐射的能量而用于控制换能器晶体的振动。当背衬材料的声阻抗与压电晶体的声阻抗匹配时,结果是具有出色分辨率的高阻尼换能器。通过改变背衬材料以便改变背衬与压电晶体之间的阻抗差,换能器将受到一定的影响,并且分辨率在信号幅度或灵敏度方面可能更高。

耐磨板的主要目的仅仅是保护压电换能器元件免受环境影响。选择耐磨板通常可防止磨损和腐蚀。在浸入式换能器中,耐磨板还用作压电换能器元件与水,楔形物或延迟线之间的声波转换器。

换能器类型

直束接触式换能器是常见且常用于将纵向波引入材料的传感器。另外,通过使用特殊元件,可以制成法向入射剪切波或纵向/剪切波换能器的组合。这种类型的传感器直接与测试材料接触使用,因此需要高度耐用的耐磨板。

角波束换能器利用折射和模式转换的基本原理在测试材料中产生折射剪切或纵波。根据斯涅尔定律计算出产生所需折射波所需的入射角。

双元素换能器使用单独的元素来发送和接收超声信号。通常将这些元件切成一定角度并安装在延迟线上。这有助于提高近表面分辨率,并且横梁设计也有助于创建焦点,使双元件换能器对腐蚀和点蚀引起的不规则缺陷的回波更加敏感。

浸入式换能器比接触式换能器具有多个优势。首先,它们的均匀耦合减小了灵敏度的变化。其次,浸入式传感器通过执行自动扫描的能力提供了更高的速度。第三,浸没式换能器的聚焦提高了对小缺陷的敏感性。

浸入式换能器有未聚焦,球形聚焦和圆柱形聚焦配置。未聚焦的浸没式换能器通常用于厚材料的测量中。球形聚焦换能器将提高对小缺陷和缺陷的敏感性。圆柱形聚焦换能器通常用于测量管道原料。球形或圆柱形换能器的焦距范围仅限于换能器的近场,通常最大为0.8N。

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