陶瓷换能器

《电子学名词》第一版。

1993年，经全国科学技术名词审定委员会审定发布。

由于超声技术的非接触性等优点，尝试把压电陶瓷超声换能器应用在液体浓度检测系统当中。系统中的芯片采用的是Spartan 3E系列FPGA。压电陶瓷换能器在其中担当着发射信号和接收信号的重要功能。把换能器产生的一定频率和幅值的超声信号通过发射电路打入液体内部，经过液体对信号的衰减，从接收换能器端可以接收到带有液体浓度信息的信号。再通过声衰减法的分析，有效得出液体的近似浓度。系统的软件设计包括主程序，超声测量程序，脉冲控制程序，脉冲收发程序，ADC采集控制程序以及时钟和报警程序。

实验中可以先对静态液体进行测量，利用超声衰减法，分析接收端收集的信号，进行包络等处理，结合信号传播路径（管道直径）得出浓度信息。再对动态液体进行动态测量，信号传播路径要考虑到液体的流速，计算出大致路径 。

超声技术是一种广泛使用的无损检测技术，它以声学理论为基础，不断应用于电子、通信、医学、生物及物理领域。在现代检测技术中，利用超声技术研制的换能器以其灵敏度高、精度高等优点正在越来越受到人们的关注。

检测过程中常用的换能器有: 压电式换能器、磁致伸缩换能器、电磁声换能器和激光换能器。最常用的是压电换能器，它的核心部件就是压电晶片。压电晶片可以在压力的作用下发生形变，从而导致晶片本身发生极化，在晶片表面出现正负束缚电荷，此效应为压电效应。并且，压电效应具有可逆性，即对晶片施加电压后会发生形变。在检测过程中，利用超声探头的逆压电效应可以产生超声波，利用压电效应达到接收超声波的目的。

压电陶瓷超声换能器很早就进入了人们的研究视野，它制作方便，可操控强，灵敏度高，机电耦合性好。基于压电陶瓷开发的换能器包括功率超声换能器和检测超声换能器 。

1.探头

压电陶瓷超声换能器是一种电—力—声转换器，是指电信号和声信号通过材料的特性进行能量之间的相互转换。电信号选择是交变信号，实验中采用的是正弦信号。实验中采用最基本的普通直探头进行研究。

2.等效电路图

厚度的伸缩型振动是最常用的振动模式，它是指压电元件沿厚度方向极化，同时它的振动方向也是沿厚度方向。选择这种元件的条件就是元件的直径或边长要大于它厚度的10倍以上。