超声探头里面的压电片

很多人，可能连部份制造者在内，都搞不明白超声波的发射和接收头之间是不一样的。可能只知确不一样，但为什麽，还是不知到。

有些只能说明印有T字代表发射头，印有R字代表接收头。那为什麽要区分呢？

说白了，不同的原因在于两者功用相反。 所以看外形都一样，但里面略有不一样。

以陶瓷超声波头为例 ：

发射头 - 功用是把加在其两电极上的电压（电能），换成超声波（机械能）。所以要做成高效的电能换机械能装置。包括能耐高电压下，陶瓷片可作强力震动，带较大的锥形共振盤。以产生长期并强大震幅，至可长时间高量超声波输出，而不易衰老。（长期的强力震动下有机械老化问题，结果是换能效果越来越变差）。主参数是输出声压水平。如120dB(0dB=0.02mPa)示。

接收头 - 功用是把接受到的超声波（机械能），换成由其两电极上的电压（电能）输出。所以要做成高效的机械能换电能装置。包括把陶瓷片做得特别易振, 带阻抗匹配器。使其对微弱的超声波特别灵敏，又可有高电压输出。主参数是灵敏度， 如 -63dB(0dB=10V/Pa)示。

总而言之，内部结构不一样。

拆开它们，小心对比。 你可知我说的没错。

工作原理

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。

结构组成

超声波传感器主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。超声传感器的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个传感器的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。

超声波传感器的主要性能指标

（1）工作频率。工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。

（2）工作温度。由于压电材料的居里点一般比较高，特别时诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不产生失效。医疗用的超声传感器的温度比较高，需要单独的制冷设备。

（3）灵敏度。主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。

如超声波传感器，一个复合式振动器被灵活地固定在底座上。该复合式振动器是谐振器以及，由一个金属片和一个压电陶瓷片组成的双压电晶片元件振动器的一个结合体。谐振器呈喇叭形，目的是能有效地辐射由于振动而产生的超声波，并且可以有效地使超声波聚集在振动器的中央部位。

室外用途的超声波传感器必须具有良好的密封性，以便防止露水、雨水和灰尘的侵入。压电陶瓷被固定在金属盒体的顶部内侧。底座固定在盒体的开口端，并且使用树脂进行覆盖。对应用于工业机器人的超声波传感器而言，要求其精确度要达到1mm，并且具有较强的超声波辐射。

压电陶瓷的厚度对超声电机的性能有着重要的影响。一般来说，压电陶瓷的厚度越大，其产生的振动能量就越大，从而可以驱动更大的负载。但是，压电陶瓷的厚度也不能无限制地增加，因为过大的厚度会导致振动频率降低，从而影响超声电机的工作效率。

因此，在设计超声电机时，需要根据具体的应用需求来选择合适的压电陶瓷厚度。一般来说，压电陶瓷的厚度应该在几百微米到几毫米之间。此外，还需要考虑压电陶瓷的材料、尺寸、形状等因素，以及电极的设计等因素，来优化超声电机的性能。

总之，压电陶瓷的厚度是超声电机设计中需要考虑的重要因素之一，需要根据具体的应用需求来选择合适的厚度，以达到最佳的性能表现。

1、使用超声波换能器时易出现的问题

使用时常见的问题是晶片开裂、无力、过载、电极片打火、电极片开裂、发热、漏波、晶片错位。

此类问题的出现，原因可以归为三类。其一是客户的驱动电源或模具及装配有问题，其二是我们的换能器及变幅杆有问题，第三是双方的产品都没有问题，但不匹配。

第一种情况：客户的驱动电源或模具有问题

我们建议客户积极的查找原因，或与我们公司技术人员沟通，尽快改进。

第二种情况：我们的超声波换能器及变幅杆有问题

这种情况也会发生，只不过发现的可能性比较小。我们公司专业生产各种生产大功率超声波换能器，变幅杆所有的产品质量在国内都处在较高的水平。而且同时有 ISO9000 质量认证体系和严格的工艺和检验，我们超声波换能器产品的质量是有保证的。我们出厂产品的合格率是 100% 。

第三种情况：双方的产品都没有问题，但不匹配。

这是最常见的，就是客户的驱动电源是好的，超声波换能器也是好的，组装也是正常的，但是各部分不匹配。引起不匹配的主要参数是超声波换能器的频率和电容量。针对这一情况，解决的办法是客户调整自己的驱动电源的匹配参数以适合我们的超声波换能器，第二个办法是客户再仔细研究一下自己的机箱和原来使用的换能器的各项参数，总而言之，只要你能提供准确的参数要求，我们可以保证提供给您合适的换能器。

2、 超声波换能器各部件装配注意事项

超声波振动系统的各个部件，如换能器、变幅杆、工具头等主要部分是通过中心螺栓连接的。

1 、 检查接触面应平整光滑无伤痕，若有伤痕，用零号以上的金相砂纸轻轻打磨。要求既能将缺陷磨平，又不破坏接触面的平面度。

2 、 用易挥发无腐蚀性的清洁剂清洁螺丝、螺孔和接触面。

3 、 彻底清洁螺丝、螺孔和接触面。

4 、 所有连接螺孔应垂直于接触面。

5 、 拧紧前在接触面上涂薄薄一层黄油或凡士林注意不要涂到连接螺丝及螺孔上。

6 、小心地将二个部件拧紧。根据连接螺丝规格的不同，控制合适的拧紧力矩。在可能的情况下，应拧的适当紧一点。

7、若重新松开结合面后应该看不到有任何伤痕。

8 、用手摸振动系统振幅均匀，无怪声，无局部严重发热。

9 、工作一段时间后重新送开结合面应没有氧化或烧蚀痕迹，否则就说明此处接触不好，超声波能量在这里损失严重。

3、 超声波换能器的工作温度

超声波换能器使用时会发热，这主要是由三个原因引起的。其一是被焊工件会发热或被超声波处理的物质会发热，或模具（工具头）、变幅杆长时间工作会发热，这些热量都会传递到换能器上。其二是换能器本身的功率损耗。既然做不到能量转换效率 100% ，损耗的那部分能量必然转换成热量。温升会导致超声波换能器参数变化，逐渐偏移最佳匹配状态，更严重的是温升会导致压电陶瓷晶片性能的劣化。这反过来又促使超声波换能器工作状态更坏，更快地升温，这是一个恶性循环。所以我们必须给以超声波换能器良好的冷却条件，一般是常温风冷；如有必要，也可采用冷风风冷。在正常情况下，这两点引起的温升也是正常的，在正常的冷却条件下，不会有大的问题。

2、压电陶瓷片加锡，先对压电陶瓷片铜/钢基片加锡，由于铜/钢基片散热快，锡不能加多，只是焊接时间延长，一般要在2.5秒以上的时间才能让锡点可靠的附着在铜/钢基片上。再对镀银涂层加锡，要求锡焊点小，加锡时间小于1.5秒即可。

超声换能器是将电能转化为机械振动并放大振幅的部件，主要包括超声换能器，超声波变幅杆和超声波焊头。超声波塑料焊接机上的超声换能器的工作原理，就是利用压电陶瓷材料的逆压电效应产生振动工作的。

将一压电晶体置于外电场中，在电场的作用下，引起晶体内部正负电荷重心的移动，这一极化位移又导致晶体发生形变，这就叫做逆压电效应。

扩展资料：

超声波换能器的应用十分广泛,它按应用的行业分为工业、农业、交通运输、生活、医疗及军事等。按实现的功能分为超声波加工、超声波清洗、超声波探测、检测、监测、遥测、遥控等；按工作环境分为液体、气体、生物体等按性质分为功率超声波、检测超声波、超声波成像等。

超声波清洗的机理是利用超声波在清洗液中传播时的空化、辐射压、声流等物理效应, 对清洗件上的污物产生的机械起剥落作用, 同时能促进清洗液与污物发生化学反应, 达到清洗物件的目的。超声波清洗机所用的频率根据清洗物的大小和目的可选用10～500 kHz, 一般多为20～50 kHz。