超声波换能器及其常见结构

1.什么是超声波换能器（Ultrasonic Transducer）：

　　超声波换能器是一种能够发射和接收超声波的装置。 传输时，它以超声波的形式将电能转换为机械能。 接收时，它将机械能转化为电能。 超声波换能器被广泛用于无损检测、物体检测、距离测定和流量测量。 下图显示了常见的超声波换能器的基本结构。

2.压电元件 (Piezoelectric element)：

　　压电元件由压电材料制成，当受到机械应力时会产生电荷，当在材料上施加电场时会改变尺寸。 压电材料可分为以下几类：

（1）单晶材料（如石英）

（2）压电陶瓷（如锆钛酸铅，PZTs）

（3）压电半导体（如ZnO2）

（4） 聚合物（例如聚偏二氟乙烯，PVDF）

（5）压电复合材料

（6）玻璃陶瓷（例如 Li2Si2O5 和 Ba2TiSiO6）

3. 匹配层(Matching)：

　　有时称为声窗或耐磨板，通常由塑料或环氧树脂材料制成。 当仔细选择材料和厚度时，它有助于保护压电元件免受环境影响，并改善从换能器到介质的声能穿透。

4.背衬(Backing)：

　　背衬通常由环氧树脂混合微小的固体颗粒制成，具有很强的衰减性。 其声阻抗优选与压电元件的声阻抗相匹配，从而可以吸收向后发射的声波并获得更好的距离分辨率。 如果背衬不能有效工作，则换能器可能由于波形持续时间较长而具有较低的分辨率，但信号强度可能较高或灵敏度较高。