壓電陶瓷超聲波傳感器的工作原理及結構特征

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器，由于其工作可靠、安裝方便、防水型、發(fā)射夾角較小、靈敏度高等特點(diǎn)，廣泛應用在物位液位監測，機器人防撞，各種超聲波接近開(kāi)關(guān)，以及防盜報警等相關(guān)領(lǐng)域。眾所周知，壓電陶瓷是制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征。

當電壓作用于壓電陶瓷時(shí)，壓電陶瓷就會(huì )隨電壓和頻率的變化產(chǎn)生機械變形。另一方面，當振動(dòng)壓電陶瓷時(shí)，則會(huì )產(chǎn)生一個(gè)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(gè)金屬片構成的振動(dòng)器，所謂叫雙壓電晶片元件，施加一個(gè)電信號時(shí)，就會(huì )因彎曲振動(dòng)發(fā)射出超聲波。相反，當向雙壓電晶片元件施加超聲振動(dòng)時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)電信號?；谝陨献饔?，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(gè)復合式振動(dòng)器被靈活地固定在底座上。該復合式振動(dòng)器是諧振器以及由一個(gè)金屬片和一個(gè)壓電陶瓷片組成的雙壓電晶片元件振動(dòng)器的一個(gè)結合體。諧振器呈喇叭形，目的是能有效地輻射由于振動(dòng)而產(chǎn)生的超聲波，并且可以有效地使超聲波聚集在振動(dòng)器的中央部位。

壓電陶瓷超聲波傳感器使用有一點(diǎn)需要注意的是，在高頻率探測中，必須使用垂直厚度振動(dòng)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(huì )導致在壓電陶瓷振動(dòng)輻射表面上的大量損失，這時(shí)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(shí)現與空氣的聲阻抗相匹配，這樣才能達到測量的目的。