超聲換能器有許多不同的結(jié)構(gòu),可分為直探頭(縱波)、斜探頭(橫波)、表面波探頭(表面波)、蘭姆波探頭(蘭姆波)、雙探頭等。根據(jù)壓電晶片的大小,如直徑和厚度的不同,每個(gè)探頭的性能是不同的,其主要性能指標(biāo)包括:
①工作頻率f 0 :大多工作頻率選在換能器的機(jī)械共振頻率(即壓電晶片的共振頻率)附近。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時(shí),輸出
的能量最大,靈敏度也最高。
②機(jī)電耦合系數(shù)K t :超聲波換能器的機(jī)械能和電磁能相互轉(zhuǎn)換過程,就是機(jī)電耦合過程。最早給出定義的梅森將機(jī)電耦合系數(shù)定義為從電源取得的總能量貯存的機(jī)械能量
= t K (2-4)
但是,定義機(jī)電耦合系數(shù)的公式很多而且各不協(xié)調(diào)。此外,壓電元件的機(jī)械能與它的形狀和振動(dòng)方式有關(guān)。因此不同形狀和振動(dòng)方式所對(duì)應(yīng)的機(jī)電耦合系數(shù)也不同。機(jī)電耦合系數(shù)為無量綱單位。機(jī)電耦合系數(shù)大,靈敏度高;反之,靈敏度低。
③換能器的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Q m :Q m 是從電學(xué)中應(yīng)用到機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)中來的一個(gè)重要物理量,它與標(biāo)稱帶寬密切相關(guān),即與換能器的機(jī)電耦合系數(shù)密切相關(guān),而且與所在介質(zhì)的輻射阻、換能器結(jié)構(gòu)、材料及損耗密切相關(guān)。例如,同一只壓電換能器,在水中的Q m ≈30,在空氣中Q m ≈200。