Desempenho do sensor ultrassônico
Sensores ultrassônicos piezoelétricos usam o princípio do efeito piezoelétrico de materiais piezoelétricos para funcionar. Os materiais de componentes sensíveis comumente usados incluem principalmente cristais piezoelétricos e cerâmicas piezoelétricas.
De acordo com a diferença entre os efeitos piezoelétricos positivos e inversos, os sensores ultrassônicos piezoelétricos são divididos em geradores (sondas de transmissão) e receptores (sondas de recepção). De acordo com a estrutura e o tipo de onda usado, eles podem ser divididos em sondas retas, sondas de onda de superfície e sonda de onda Lamb, sonda de ângulo variável, sonda de cristal duplo, sonda de foco, sonda de imersão em água, sonda de spray de água e sonda especial, etc. .
O gerador ultrassônico piezoelétrico usa o princípio da utilidade piezoelétrica inversa para converter a vibração em análise de vibração de alta frequência e, em seguida, gera ondas ultrassônicas. Quando a frequência da tensão alternada de trabalho é equivalente à frequência de ressonância do material piezoelétrico, ela causará ressonância, e a onda ultrassônica gerada neste momento será a mais forte. O sensor ultrassônico piezoelétrico pode gerar ondas ultrassônicas de alta frequência de dezenas de quilohertz a dezenas de megahertz, e seu nível de intensidade de som pode chegar a dezenas de watts por centímetro cúbico.
A estrutura principal de um sensor ultrassônico piezoelétrico típico é composta de um wafer piezoelétrico, um bloco de absorção (bloco de amortecimento) e um filme protetor. Os wafers piezoelétricos são principalmente em forma de disco e a frequência ultrassônica é inversamente proporcional à sua espessura. Os dois lados do chip piezoelétrico são revestidos com uma camada de prata como uma peça polar condutora, o lado inferior é aterrado e o lado superior é conduzido para o fio de aterramento do transformador. Para evitar melhor o contato direto entre o sensor e o DUT e danificar o chip piezoelétrico, um filme protetor é colado sob o chip piezoelétrico. O efeito do bloco de absorção é reduzir a qualidade do equipamento mecânico do chip piezoelétrico e absorver a energia cinética da onda ultrassônica.
O receptor ultrassônico piezoelétrico funciona usando o princípio do efeito piezoelétrico positivo. Quando as ondas ultrassônicas atuam na pastilha piezoelétrica para fazer com que ela se expanda e se contraia, cargas de polaridade oposta são geradas nas duas superfícies da pastilha. Essas cargas são convertidas em tensões e enviadas para o diagrama do circuito de medição após a amplificação e, finalmente, registradas ou exibidas. A estrutura de um receptor ultrassônico piezoelétrico é basicamente a mesma de um gerador ultrassônico e, às vezes, o mesmo sensor é usado tanto como gerador quanto como receptor.
O principal desempenho do sensor ultrassônico inclui:
(1) Freqüência de operação: A freqüência de operação é a freqüência de ressonância do wafer piezoelétrico. Quando a frequência da tensão CA aplicada às suas duas extremidades é igual à frequência de ressonância do chip, a energia de saída é a mais alta e a sensibilidade é a mais alta.
(2) Temperatura de trabalho: Como o ponto de Curie dos materiais piezoelétricos é geralmente relativamente alto, especialmente quando a sonda ultrassônica usada para diagnóstico usa baixa potência, a temperatura de trabalho é relativamente baixa e pode funcionar por um longo tempo sem falha. A temperatura das sondas de ultrassom médico é relativamente alta e requer equipamento de refrigeração separado.
(3) Sensibilidade: depende principalmente do próprio wafer de fabricação. O coeficiente de acoplamento eletromecânico é grande e a sensibilidade é alta; pelo contrário, a sensibilidade é baixa.
Critérios de funcionamento dos sensores ultrassônicos:
Os sensores ultrassônicos podem ser divididos em piezoelétricos, magnetostritivos, eletromagnéticos, etc. de acordo com seus princípios de funcionamento. O tipo piezoelétrico é o mais comumente usado.
