超聲波液位計研發的探討  十三

§2-2 超聲波探頭的選擇

以超聲波為檢測手段，包括發射超聲波和接收超聲波，并將接收的超聲波轉換成電信號輸出的裝置稱為超聲波傳感器，習慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。常用的超聲波傳感器有兩種，即壓電式超聲波傳感器(或稱壓電陶瓷換能器)和磁致式超聲波傳感器[10]。在考慮超聲波探頭成本和應用環境的基礎上，本課題擬采用壓電陶瓷一體式超聲波傳感器。

壓電陶瓷換能器是由壓電陶瓷片和輕重兩種金屬組成。

壓電陶瓷片是由一種多晶結構的壓電材料（如石英、鋯鈦酸鉛陶瓷等），在一定溫度下經極化處理制成的。它具有壓電效應，即受到與極化方向一致的應力T 時，在極化方向上產生一定的電場強度E 且具有線性關系：E = g ⋅T ,即力→電，稱為正壓電效應；當與極化方向一致的外加電壓U 加在壓電材料上時，材料的伸縮形變S 與U 之間有簡單的線性關系：S = d ⋅U ，即電→力，稱為逆壓電效應。其中g為比例系數， d 為壓電常數，與材料的性質有關。由于E 與T ， S 與U 之間有簡單的線性關系，因此我們就可以將正弦交流電信號變成壓電材料縱向的長度伸縮，使壓電陶瓷片成為超聲波的波源。即壓電換能器可以把電能轉換為聲能作為超聲波發生器，反過來也可以使聲壓變化轉化為電壓變化，即用壓電陶瓷片作為聲頻信號接收器。因此，壓電換能器可以把電能轉換為聲能作為聲波發生器，也可把聲能轉換為電能作為聲波接收器之用。

超聲波液位計