??如果外力作用在氣體、液體或固體等彈性介質(zhì)上，則壓力和密度波動(dòng)會(huì)在空間和時(shí)間上從受力點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)行起伏傳播。這就是所謂的聲音。

超聲波是傳播波的頻率超出16,000赫茲時(shí)使用的術(shù)語(yǔ)，如此之高的頻率使其無(wú)法被人耳察覺(jué)。超聲波的頻率范圍高達(dá)16千兆赫，即160億周期/秒。

工業(yè)、醫(yī)療技術(shù)和研究將超聲波用于多種用途。廣為人知的應(yīng)用領(lǐng)域是超聲檢查，也稱為回波描記術(shù)。在這里，超聲波用于生成組織和器官的圖像。與醫(yī)療技術(shù)中的其他成像方法相比，超聲檢查一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)在于聲波是無(wú)害的，甚至可以用于未出生的嬰兒。

除了醫(yī)學(xué)成像之外，測(cè)量技術(shù)中的應(yīng)用還要求低聲強(qiáng)。聲強(qiáng)描述了撞擊某個(gè)表面的功率。如果聲強(qiáng)超過(guò)10瓦/厘米2，則稱為高功率聲音。與低功率超聲波相比，高功率超聲波會(huì)引起材料變化甚至破壞，因此適用于材料加工、超聲清洗或醫(yī)療領(lǐng)域的碎石術(shù)。

壓電陶瓷元件如何產(chǎn)生超聲波？

壓電陶瓷是產(chǎn)生和檢測(cè)超聲波的適宜材料。載流子在電場(chǎng)作用下在壓電材料中遷移，從而導(dǎo)致長(zhǎng)度出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的的變化（逆壓電效應(yīng)）。如果施加的電壓為交流電壓，則介質(zhì)（例如空氣）中的粒子開(kāi)始振動(dòng)。出現(xiàn)壓力波動(dòng)。粒子稀疏會(huì)導(dǎo)致壓力降低，而受壓則會(huì)導(dǎo)致壓力增加。聲音波長(zhǎng)描述了兩個(gè)稀疏或受壓區(qū)域之間的距離。產(chǎn)生的聲波在周圍介質(zhì)中傳播。聲速根據(jù)介質(zhì)的密度和彈性特性的不同而變化。

縱波與橫波之間存在根本性區(qū)別。對(duì)于縱波，振蕩發(fā)生在其傳播面上。它們可以在液體和氣體中傳播，也可以在固體中傳播。而對(duì)于橫波，則垂直于其傳播方向振蕩，這僅在固體中才有可能。兩種波型均可以通過(guò)邊界區(qū)域的反射或折射轉(zhuǎn)換為另一種波形，從而形成密度更大的材料。

換能器的原理結(jié)構(gòu)

電聲換能器也稱為換能器，可將聲能轉(zhuǎn)換為電能，反之亦然。它由有源壓電陶瓷元件、外殼和電氣連接器組成。

傳播聲波的一個(gè)重要參數(shù)是特性聲阻抗，也稱為波阻抗。它取決于介質(zhì)密度和聲速。兩種介質(zhì)的聲阻抗之間的差異決定了聲波能否以及如何從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)。如果該差異過(guò)大，就會(huì)反射聲波，因此無(wú)法進(jìn)行傳播。

壓電陶瓷元件與換能器中的周圍介質(zhì)之間的適配層（轉(zhuǎn)換層）可確保聲阻抗的*小可能差異，從而提高傳播質(zhì)量。理想情況下，該層的厚度等于聲波波長(zhǎng)的四分之一(λ/4)。

通過(guò)阻抗表征壓電陶瓷

受激振蕩的壓電元件的機(jī)電特性可以用電氣等效電路圖表示。C0 表示電介質(zhì)的電容。串聯(lián) C1, L1和 R1 描述了彈性變形、有效質(zhì)量和慣性以及內(nèi)部摩擦產(chǎn)生的機(jī)械損失等機(jī)械性能的變化。然而，此諧振電路的描述僅適用于機(jī)械固有諧振附近的頻率。大多數(shù)壓電材料參數(shù)是通過(guò)對(duì)共振時(shí)的特殊試驗(yàn)體進(jìn)行阻抗測(cè)量來(lái)確定。Z 阻抗也稱為視在電阻，是一種復(fù)合型交流電阻，其中實(shí)部代表歐姆電阻，虛部代表電抗。阻抗由復(fù)矢量的長(zhǎng)度和相位角φ來(lái)描述。