声波换能器分类
声纳的核心部件是换能器。从发射机送出一个电信号，经过换能器变成声波，声波向外辐射，从目标上反射回来的声波或是目标本身反射的声波经过换能器可以变成电信号送入接收机，再经过放大、滤波就可以得到目标的信息。但是换能器发出的声波没有方向性，能量也不集中，即使探测距离很近它也不能够辨别目标的方向。为了把声波的能量集中起来，让它变成有方向性的声波，采取两种办法，一种是把换能器放到像喇叭口的反射器的中心线上，发出声音以后经过汇集就朝一个方向传播，不断转动喇叭口就可以改变声波传播的方向；第二种办法是把许多换能器按一定的方式排列组合起来，构成一个基阵，基阵中心声音增强。根据这个原理换能器就能够收到比较远的信号，同时也可以很准确地测出目标的距离。
一、分类
按材质分类，超声波换能器一般有磁致伸缩换能器和压电晶体换能器两类。
属于磁致伸缩的有镍片换能器和铁氧体换能器。铁氧体换能器的电声转换效率比较低，一般使用一、二年后效率下降，甚至几乎丧失电声转换能力。镍片换能器的工艺复杂，价格昂贵，所以至今很少使用。
最成熟可靠的是以压电效应实现电能与声能相互转换的器件,称为压电换能器.由材料的压电效应将电信号转换为机械振动。这种换能器电声转换效率高，原材料价格便宜，制作方便，也不容易老化。常用的材料有石英晶体、钛酸钡和锆钛酸铅。石英晶体的伸缩量太小，3000V电压才产生0.01um以下的变形。钛酸钡的压电效应比石英晶体大20-30倍，但效率和机械强度不如石英晶体。锆钛酸铅具有二者的优点，一般可用作超声波清洗，探伤和小功率超声波加工的换能器。
压电效应超声波传感器有两块压电晶片和一块共振板。当它的两电极加脉冲信号触发脉冲,若其频率等于晶片的固有频率时,压电晶片就会发生共振,并带动共振板振动,从而产生超声波。相反,电极间未加电压,则当共振板接收到回波信号时,将压迫两压电晶片振动,从而将机械能转换为电信号,此时的传感器就成了超声波接收器。
二、换能器频率选择
工作频率的确定主要基于以下几点：
①如果测距的能力要求很大,声波传播损失就相对增加,由于介质对声波的吸收与声波频率的平方成正比,为减小声波的传播损失,就必须降低工作频率。
②工作频率越高,对相同尺寸的换能器来说,传感器的方向性越尖锐,测量障碍物复杂表面越准,而且波长短,尺寸分辨率高,「细节」容易辨识清楚,因此从测量复杂障碍物表面和测量精度来看,工作频率要求提高。
③从传感器设计角度看,工作频率越低,传感器尺寸就越大,制造和安装就越困难。
综上所述,由于管道内壁检测的特殊性,考虑到其精度要求、管道直径及管道检测机器人带载能力,选择单波束检测系统工作频率在1-2MHz。这样传感器方向性尖锐,且避开了噪声,提高了信噪比虽然传播损失相对低频有所增加,但不会给发射和接收带来困难。
三、脉冲宽度
发射脉冲宽度决定声呐系统的测量盲区,也影响测量精度,同时与信号的发射能量有关。减小发射脉冲宽度,可以提高测量精度,减小测量盲区,但同时也减小了发射能量,对接收回波不利。对于管道声呐，脉冲宽度选择在4-20us。
注：部分文章系网络转载，仅供分享不做任何商业用途，版权归原作者所有。如有侵权，请加致电小编，我们会立即删除！
