超聲波檢測設(shè)備與器材（三）超聲波探頭1.超聲波探頭概述電信號轉(zhuǎn)換為聲波聲波轉(zhuǎn)換為電信號控制聲波的特性2.超聲波探頭分類壓電型超聲探頭壓電材料換能磁致伸縮型超聲探頭磁致伸縮換能電磁感應(yīng)型超聲波探頭金屬電渦流和洛倫茲力換能激光超聲探頭材料局部熱膨脹（熱波）和干涉測振技術(shù)3.壓電式超聲波探頭3.1壓電效應(yīng)和材料換能原理：形變導(dǎo)致帶電粒子定向的偏移產(chǎn)生電場，或反過來，電場力使帶電粒子位移產(chǎn)生形變。單晶材料或多晶材料（須極化）正壓電效應(yīng)（壓力產(chǎn)生電壓）逆壓電效應(yīng)（電壓產(chǎn)生應(yīng)變）3.2壓電材料特性參數(shù)壓電應(yīng)變參數(shù)d33單位電場變化產(chǎn)生應(yīng)變變化，決定發(fā)射敏捷度壓電電壓參數(shù)g33單位應(yīng)力變化產(chǎn)生電場變化，決定接受敏捷度介電常數(shù)ε影響電阻抗機電耦合系數(shù)K電聲能量轉(zhuǎn)換效率機械品質(zhì)因子Qm影響激發(fā)脈沖寬度頻率常數(shù)N聲速的二分之一居里溫度Tc壓電材料失效溫度3.2壓電材料特性參數(shù)名稱d33g33KtCZQmTcNt單晶材料石英2.3150.15.7415.2104-65502.87硫酸鋰1617.50.35.4711.2752.73碘酸鋰18.1320.514.1318.5<1002562.06鈮酸鋰62.30.497.434.8>10512003.7多晶材料鈦酸鋇1901.80.385.47303001152.6鈦酸鉛583.30.434.2432.810504602.12PZT-42892.60.514305003282PZT-53742.480.494.3533.7753651.89PZT-82252.50.484.58331003002.071-3復(fù)合材料SP431026.90.574.425003252.215A144025.50.624.04803352.025H2680190.653.92752151.963.3壓電式超聲波探頭3.3.1分類3.3.2構(gòu)造3.3.3命名法則3.3.4性能參數(shù)3.3.5應(yīng)用3.3.1探頭分類耦合方式分類液膜接觸式液浸非接觸式輪式接觸波型分類縱波探頭橫波探頭爬波探頭表面波探頭工作方式分類單晶探頭雙晶分割探頭組合陣列探頭相控陣探頭其他聚焦探頭高溫探頭3.3.2探頭構(gòu)造壓電晶片前襯（吸聲、匹配、保護）后襯（匹配、吸聲、支撐）楔塊透鏡外殼接頭3.3.3.1接觸式直探頭構(gòu)造壓電晶片前襯（吸聲、匹配、保護）后襯（匹配、吸聲、支撐）外殼接頭縱波垂直入射重要參數(shù)頻率晶片尺寸（圓）帶寬

近場區(qū)表F356810121520251.250.481.321.913.395.307.6311.9221.1933.102.50.952.653.816.7810.5915.2523.8342.3766.2151.915.307.6313.5621.1930.5147.6784.75132.427.52.867.9411.4420.3431.7845.7671.50127.12198.62103.8110.5915.2527.1242.3761.0295.34169.49264.83155.7215.8922.8840.6863.5691.53143.01254.24397.25F356810121520251.250.872.413.476.179.6513.8921.7038.5860.282.51.744.826.9412.3519.2927.7843.4077.16120.5653.479.6513.8924.6938.5855.5686.81154.32241.137.55.2114.4720.8337.0457.8783.33130.21231.48361.69106.9419.2927.7849.3877.16111.11173.61308.64482.251510.4228.9441.6774.07115.74166.67260.42462.96723.38鋼縱波近場區(qū)表鋼橫波近場區(qū)表3.3.3.1接觸式直探頭應(yīng)用近場區(qū)-聲壓波動較大近表面盲區(qū)-發(fā)射脈沖反沖和放大器阻塞時間內(nèi)3.3.3.2接觸式斜探頭構(gòu)造壓電晶片后襯（匹配、吸聲、支撐）楔塊外殼接頭折射斜向聲波重要參數(shù)頻率晶片尺寸（矩形）折射角度（K值）3.3.3.2接觸式斜探頭折射角度計算折射公式第一臨界角公式有機玻璃和鋼的第一臨界角27.6°，水和鋼的第一臨界角14.7°第二臨界角公式有機玻璃和鋼的第二臨界角57.8°水和鋼的第二臨界角27.5°入射角增大波型變化縱波（橫波，表面波）爬波（橫波，表面波）橫波（表面波）表面波近場計算3.3.3.3雙晶直探頭構(gòu)造壓電晶片后襯（匹配、吸聲、支撐）楔塊隔聲層外殼接頭縱波垂直入射重要參數(shù)頻率晶片尺寸（矩形）聚焦深度3.3.3.3接觸式雙晶直探頭應(yīng)用特點近場盲區(qū)小聲場菱形聚焦不均勻窄晶片雙晶探頭改善距離波幅特性3.3.3.4接觸式聚焦探頭構(gòu)造壓電晶片后襯（匹配、吸聲、支撐）透鏡楔塊外殼接頭3.3.3.5水浸平探頭構(gòu)造壓電晶片前襯（吸聲、匹配、保護）后襯（匹配、吸聲、支撐）外殼接頭重要參數(shù)頻率晶片尺寸3.3.3.6水浸聚焦探頭折射角度計算折射公式第一臨界角公式水和鋼的第一臨界角14.5°第二臨界角公式水和鋼的第二臨界角27.7°入射角變化波型特點縱波（橫波，表面波）爬波（橫波，表面波）橫波（表面波）表面波聚焦計算透鏡曲率焦距折算焦柱長度焦點尺寸3.3.3.6水浸聚焦探頭構(gòu)造壓電晶片后襯（匹配、吸聲、支撐）透鏡外殼接頭重要參數(shù)頻率晶片尺寸水中焦距聚焦類型（點，線）3.3.3.6高溫探頭構(gòu)造壓電晶片（耐高溫材料）后襯（匹配、吸聲、支撐）延時降溫楔塊外殼接頭3.3.3.7特殊角度的單雙晶探頭爬波探頭表面波探頭轉(zhuǎn)換波形探頭橫波探頭導(dǎo)（板）波探頭3.3.3.8多通道陣列探頭3.3.3.9相控陣探頭晶元數(shù)：32晶元間距：0.6mm晶元寬度：0.5mm晶元長度：10mm中心頻率：5MHz孔徑長度：32X0.6=19.2mm前面材料聲阻抗：3.5脈沖寬度：＜3周期3.3.4探頭型號命名法則頻率材料尺寸種類特性3.3.4.1材料材料代號鋯鈦酸鉛陶瓷P鈦酸鋇陶瓷B鈦酸鉛陶瓷T鈮酸鋰單晶L碘酸鋰單晶