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按照ZBY-231-84標(biāo)準(zhǔn),超聲波換能器的實際回波頻率與標(biāo)稱頻率的誤差,不能超過正負10%,這在超聲波探頭的制作中是一個難以控制的指標(biāo)。通過長期的實踐摸索,澆鑄探頭背襯和粘接保護膜時,都會使裸晶片的回波頻率下降,但起主要作用的是保護膜。
通常6.5MHZ的PZT-5裸晶片在粘接完保護膜后,其回波頻率會降低到3.75MHZ左右,再澆鑄背襯時,頻率下降基木上在5%以內(nèi)。但是對于3MHZ的PZT-5裸晶片,粘接同樣材質(zhì)、厚度的保護膜后,其回波頻率可達到2.3-2.5MHZ。顯然保護膜與晶片的相對厚度是影響探頭回波頻率的主要因素。
超聲波換能器的功能是將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成機械功率,即超聲波再傳遞出去,而自身消耗很少的一部分功率。超聲波換能器要解決的技術(shù)問題是設(shè)計一種作用距離大、頻帶寬的超聲波換能器。換能器由外殼、匹配層、壓電陶瓷圓盤換能器、背襯、引出電纜和Cymbal陣列接收器組成。
壓電陶瓷圓盤換能器采用厚度方向極化的PZT-5壓電材料制成,Cymbal陣列接收器由8~16只Cymbal換能器、兩個金屬圓環(huán)和橡膠墊圈組成。本發(fā)明的作用距離大于35m,頻帶寬度達到10kHz,能檢測高速移動的遠距離目標(biāo)。
常用的材料有石英晶體、鈦酸鋇和鋯鈦酸鉛。石英晶體的伸縮量太小,3000V電壓才產(chǎn)生0.01um以下的變形。鈦酸鋇的壓電效應(yīng)比石英晶體大20-30倍,但效率和機械強度不如石英晶體。鋯鈦酸鉛具有二者的優(yōu)點,一般可用作超聲波清洗,探傷和小功率超聲波加工的換能器。