Ultraschallsensorleistung
Piezoelektrische Ultraschallsensoren arbeiten nach dem Prinzip des piezoelektrischen Effekts piezoelektrischer Materialien. Üblicherweise verwendete Materialien für empfindliche Komponenten umfassen hauptsächlich piezoelektrische Kristalle und piezoelektrische Keramiken.
Nach dem Unterschied zwischen positivem und inversem piezoelektrischem Effekt werden piezoelektrische Ultraschallsensoren in Generatoren (Sendesonden) und Empfänger (Empfangssonden) unterteilt. Je nach Struktur und verwendetem Wellentyp können sie in gerade Sonden, Oberflächenwellensonden und Lambwellensonde, Sonde mit variablem Winkel, Doppelkristallsonde, Fokussonde, Wassertauchsonde, Wassersprühsonde und Spezialsonde usw .
Der piezoelektrische Ultraschallgenerator verwendet das Prinzip des inversen piezoelektrischen Nutzens, um Schwingungen in eine hochfrequente Schwingungsanalyse umzuwandeln, und erzeugt dann Ultraschallwellen. Wenn die Frequenz der Arbeitswechselspannung der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Materials äquivalent ist, wird Resonanz verursacht, und die zu diesem Zeitpunkt erzeugte Ultraschallwelle ist am stärksten. Der piezoelektrische Ultraschallsensor kann hochfrequente Ultraschallwellen von mehreren zehn Kilohertz bis mehreren zehn Megahertz erzeugen, und sein Schallintensitätspegel kann mehrere zehn Watt pro Kubikzentimeter erreichen.
Die Schlüsselstruktur eines typischen piezoelektrischen Ultraschallsensors besteht aus einem piezoelektrischen Wafer, einem Absorptionsblock (Dämpfungsblock) und einem Schutzfilm. Piezoelektrische Wafer sind meist scheibenförmig und die Ultraschallfrequenz ist umgekehrt proportional zu ihrer Dicke. Die beiden Seiten des piezoelektrischen Chips sind mit einer Silberschicht als leitfähiger Polschuh plattiert, die Unterseite ist geerdet und die Oberseite wird zum Erdungsdraht des Transformators geführt. Um den direkten Kontakt zwischen Sensor und DUT besser zu verhindern und den piezoelektrischen Chip zu beschädigen, wird eine Schutzfolie unter den piezoelektrischen Chip geklebt. Die Wirkung des Absorptionsblocks besteht darin, die Qualität der mechanischen Ausrüstung des piezoelektrischen Chips zu verringern und die kinetische Energie der Ultraschallwelle zu absorbieren.
Der piezoelektrische Ultraschallempfänger arbeitet nach dem Prinzip des positiven piezoelektrischen Effekts. Wenn Ultraschallwellen auf den piezoelektrischen Wafer einwirken, um zu bewirken, dass sich der Wafer ausdehnt und zusammenzieht, werden auf den beiden Oberflächen des Wafers Ladungen entgegengesetzter Polarität erzeugt. Diese Ladungen werden in Spannungen umgewandelt und nach Verstärkung dem Messschaltplan zugeführt und schließlich aufgezeichnet oder angezeigt. Der Aufbau eines piezoelektrischen Ultraschallempfängers ist grundsätzlich der gleiche wie der eines Ultraschallgenerators, und manchmal wird derselbe Sensor sowohl als Generator als auch als Empfänger verwendet.
Die Hauptleistung des Ultraschallsensors umfasst:
(1) Betriebsfrequenz: Die Betriebsfrequenz ist die Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Wafers. Wenn die Frequenz der an seine beiden Enden angelegten Wechselspannung gleich der Resonanzfrequenz des Chips ist, ist die Ausgangsenergie am höchsten und die Empfindlichkeit am höchsten.
(2) Arbeitstemperatur: Da der Curie-Punkt von piezoelektrischen Materialien im Allgemeinen relativ hoch ist, insbesondere wenn die für die Diagnose verwendete Ultraschallsonde eine geringe Leistung verwendet, ist die Arbeitstemperatur relativ niedrig und kann lange Zeit ohne Fehler arbeiten. Die Temperatur medizinischer Ultraschallsonden ist relativ hoch und erfordert separate Kühlgeräte.
(3) Empfindlichkeit: hängt hauptsächlich vom Herstellungswafer selbst ab. Der elektromechanische Kopplungskoeffizient ist groß und die Empfindlichkeit ist hoch; im Gegenteil, die Empfindlichkeit ist gering.
Arbeitskriterien von Ultraschallsensoren:
Ultraschallsensoren können nach ihrem Funktionsprinzip in piezoelektrische, magnetostriktive, elektromagnetische usw. unterteilt werden. Der piezoelektrische Typ wird am häufigsten verwendet.
