超聲波在檢測中的工作原理

聲波是一種機械波，是機械振動在介質中的傳播過程，當振動頻率在十余赫到萬余赫時可以引起聽覺，也稱可聞聲波；更低頻率的機械波稱為次聲波；20kHz以上頻率的機械波稱為超聲波，這是人耳聽不見的。超聲波的波長較短，近似作直線傳播，在固體和液體介質內衰減比電磁波小，能量容易集中，可形成較大強度，產生劇烈振動，并能引起很多特殊作用。超聲學是一門學科，已有幾十年歷史，其應用范圍很廣泛。超聲波檢測技術則是利用較弱的超聲波來進行各種檢驗和測量，介質的許多非聲學特性和介質的某些狀態參量都可用超聲方法來加以測定。在超聲檢測技術中要涉及超聲波的產生和接收，即所謂的超聲波換能器技術，超聲波換能器的材料和結構即是*的主要問題。

超聲波換能器的作用是使其他形式的能量轉換成超聲波的能量（發射換能器）和使超聲波能量轉換成其他形式易于檢測的能量（接收換能器）。電能的應用zui為方便，因此一般是應用電能和超聲波能量相互轉換的電聲換能器。用適當的發射電路把電能加到發射換能器上可使其作超聲振動，并在周圍的介質中產生超聲波。接收換能器是把接收到的超聲波信號轉換成電信號，采用的相應的接收電路獲得適當的電信號輸出。在超聲波檢測中往往用一個超聲波換能器既作發射換能器又作接收換能器。在超聲波檢測中zui常用的是壓電換能器。

1918年法國的朗之萬發明了利用石英晶體的壓電效應制成的電聲換能器，開展了超聲波技術的應用。到20世紀30年代開發了磁制伸縮材料。20世紀40年代后期應用鈦酸鋇壓電陶瓷。20世紀50年代末期廣泛應用性能更好的鋯鈦酸鉛壓電陶瓷。PZT-4和PZT-5是應用較多的鋯鈦酸鉛壓電陶瓷。

壓電材料可以分為兩大類，*類是天然或人工制造的壓電單晶體，如石英；第二類是人工燒制的多晶壓電陶瓷，如上述鋯鈦酸鉛壓電陶瓷。

壓電片的振動方式很多，多薄片的厚度振動，縱片的長度振動、橫片的長度振動等。當同一換能器既用來發射脈沖波又用來接收回波時，為了縮短無法辨別接收信號和發射信號的區域，往往要求脈沖的持續時間越短越好，有的甚至是單個脈沖。為了改善效果，除在電路上采取措施外，也可在壓電片的背后加上吸聲塊，使得向背后發射的能量被吸聲塊所吸收，吸聲塊的底部可做成楔形以進一步減小回波。