超声波探头工作原理及构造介绍

压电陶瓷

压电陶瓷是电能与机械能的结合作用，亦即两者能量互换的现象。陶瓷类的压电元件由于有体积小、压电活性佳、位移消耗功率低、温度系数大、耐酸碱、耦合系数高、可压成任意形状等优点，因此其发展与应用日益广泛。首先发现的是钛酸钡具有压电性质，像钛酸铅（BaTiO3）、锆钛酸铅（PZT）、铌酸锂等材料都存在有压电特性。具有压电效应的材料也可以人工方式制造，如聚合体、氧化锌（ZnO）、陶瓷材料、复合材料等，其中陶瓷材料因制造容易以及可以制成任意形状而被广泛使用，特别是其多样性的特色，使得陶瓷材料成为压电元件的主流材料之一。

正逆压电效应

当一压电材料受到机械应力挤压时，其晶体本身产生形变，由晶体的切割面受到应力的作用产生了应变，此时材料的两端表面会产生于所受应力大小成比例的电位差，分别有正压电效应及逆压电效应，两者统称为压电效应。

当所受的机械应力由挤压变为伸张时，材料两端表面的电荷极性将会随之相反，此种由于应力作用而产生电荷变化的现象，成为正压电效应。如压电感测器即是利用此原理以感测信号输出，也可以应用于打火机、瓦斯炉内的点火元件。

反之，当材料两端加入电场时，受到电场作用的影响，导致材料外形产生由收缩变为伸张的形变效应，称之为逆压电效应。如压电震动子则是利用此原理来产生驱动效果，可作为超声波清洗器、声呐、超声波探伤等。

聚焦探头工作原理

聚焦探头是在普通的探头前加上了声透镜。超声波由于其波长短可以像光一样通过凹透镜聚焦成一个点，本课题就是利用聚焦探头的这个特点检测表面比较小的缺陷，这里采用了水浸式聚焦探头。

据耦合情况不同分为水浸聚焦与接触聚焦。水浸聚焦的耦合剂为水，换能器不直接与被测物接触，而接触聚焦是探头通过薄层耦合介质与被测物接触。