聲波換能器分類
聲納的核心部件是換能器。從發射機送出一個電訊號，經過換能器變成聲波，聲波向外輻射，從目標上反射回來的聲波或是目標本身反射的聲波經過換能器可以變成電訊號送入接收機，再經過放大、濾波就可以得到目標的資訊。但是換能器發出的聲波沒有方向性，能量也不集中，即使探測距離很近它也不能夠辨別目標的方向。為了把聲波的能量集中起來，讓它變成有方向性的聲波，采取兩種辦法，一種是把換能器放到像喇叭口的反射器的中心線上，發出聲音以後經過匯集就朝一個方向傳播，不斷轉動喇叭口就可以改變聲波傳播的方向；第二種辦法是把許多換能器按一定的方式排列組合起來，構成一個基陣，基陣中心聲音增強。根據這個原理換能器就能夠收到比較遠的訊號，同時也可以很準確地測出目標的距離。
一、分類
按材質分類，超聲波換能器一般有磁致伸縮換能器和壓電晶體換能器兩類。
屬於磁致伸縮的有鎳片換能器和鐵氧體換能器。鐵氧體換能器的電聲轉換效率比較低，一般使用一、二年後效率下降，甚至幾乎喪失電聲轉換能力。鎳片換能器的工藝復雜，價格昂貴，所以至今很少使用。
最成熟可靠的是以壓電效應實作電能與聲能相互轉換的器件,稱為壓電換能器.由材料的壓電效應將電訊號轉換為機械振動。這種換能器電聲轉換效率高，原材料價格便宜，制作方便，也不容易老化。常用的材料有石英晶體、鈦酸鋇和鋯鈦酸鉛。石英晶體的伸縮量太小，3000V電壓才產生0.01um以下的變形。鈦酸鋇的壓電效應比石英晶體大20-30倍，但效率和機械強度不如石英晶體。鋯鈦酸鉛具有二者的優點，一般可用作超聲波清洗，探傷和小功率超聲波加工的換能器。
壓電效應超聲波傳感器有兩塊壓電晶片和一塊共振板。當它的兩電極加脈沖訊號觸發脈沖,若其頻率等於晶片的固有頻率時,壓電晶片就會發生共振,並帶動共振板振動,從而產生超聲波。相反,電極間未加電壓,則當共振板接收到回波訊號時,將壓迫兩壓電晶片振動,從而將機械能轉換為電訊號,此時的傳感器就成了超聲波接收器。
二、換能器頻率選擇
工作頻率的確定主要基於以下幾點：
①如果測距的能力要求很大,聲波傳播損失就相對增加,由於介質對聲波的吸收與聲波頻率的平方成正比,為減小聲波的傳播損失,就必須降低工作頻率。
②工作頻率越高,對相同尺寸的換能器來說,傳感器的方向性越尖銳,測量障礙物復雜表面越準,而且波長短,尺寸分辨率高,「細節」容易辨識清楚,因此從測量復雜障礙物表面和測量精度來看,工作頻率要求提高。
③從傳感器設計角度看,工作頻率越低,傳感器尺寸就越大,制造和安裝就越困難。
綜上所述,由於管道內壁檢測的特殊性,考慮到其精度要求、管道直徑及管道檢測機器人帶載能力,選擇單波束檢測系統工作頻率在1-2MHz。這樣傳感器方向性尖銳,且避開了雜訊,提高了訊噪比雖然傳播損失相對低頻有所增加,但不會給發射和接收帶來困難。
三、脈沖寬度
發射脈沖寬度決定聲吶系統的測量盲區,也影響測量精度,同時與訊號的發射能量有關。減小發射脈沖寬度,可以提高測量精度,減小測量盲區,但同時也減小了發射能量,對接收回波不利。對於管道聲吶，脈沖寬度選擇在4-20us。
註：部份文章系網絡轉載，僅供分享不做任何商業用途，版權歸原作者所有。如有侵權，請加致電小編，我們會立即刪除！
