壓電陶瓷超聲波傳感器的工作原理及結構特徵

2021-01-07 電子產品世界

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研製而成的傳感器，由於其工作可靠、安裝方便、防水型、發射夾角較小、靈敏度高等特點，廣泛應用在物位液位監測，機器人防撞，各種超聲波接近開關，以及防盜報警等相關領域。眾所周知，壓電陶瓷是製作超聲波傳感器探頭的常用材料。下面就了解一下壓電陶瓷超聲波傳感器的工作原理及結構特徵。

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當電壓作用於壓電陶瓷時，壓電陶瓷就會隨電壓和頻率的變化產生機械變形。另一方面，當振動壓電陶瓷時，則會產生一個電荷。利用這一原理，當給由兩片壓電陶瓷或一片壓電陶瓷和一個金屬片構成的振動器，所謂叫雙壓電晶片元件，施加一個電信號時，就會因彎曲振動發射出超聲波。相反，當向雙壓電晶片元件施加超聲振動時，就會產生一個電信號。基於以上作用，便可以將壓電陶瓷用作超聲波傳感器。

將超聲波傳感器的一個複合式振動器被靈活地固定在底座上。該複合式振動器是諧振器以及由一個金屬片和一個壓電陶瓷片組成的雙壓電晶片元件振動器的一個結合體。諧振器呈喇叭形，目的是能有效地輻射由于振動而產生的超聲波，並且可以有效地使超聲波聚集在振動器的中央部位。

壓電陶瓷超聲波傳感器使用有一點需要注意的是，在高頻率探測中，必須使用垂直厚度振動模式的壓電陶瓷。在這種情況下，壓電陶瓷的聲阻抗與空氣的匹配就變得十分重要。因為壓電陶瓷的聲阻抗是空氣聲阻抗的105，這就會導致在壓電陶瓷振動輻射表面上的大量損失，這時就需要將一種特殊材料粘附在壓電陶瓷超聲波傳感器上，作為聲匹配層，可實現與空氣的聲阻抗相匹配，這樣才能達到測量的目的。

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