Ultralydstransducer, der er ansvarlig for modtagelse og refleksion af ultralyd
Ultralydssonde, også kendt som ultralydstransducer, er en vigtig enhed til transmission og modtagelse af ultralydsbølger. Det er opdelt i transmitterende transducer og modtagertransducer. Den transmitterende transducer konverterer andre former for energi til ultralydsbølger, og den modtagende transducer konverterer de modtagne ultralydsbølger til anden energi, der er let at måle. Der er mange former for energi, så transducerens form er også anderledes. Ved ultralydsmåling anvendes piezoelektriske transducere almindeligt efterfulgt af magnetostriktive transducere.
(1) Piezoelektrisk transducer
Modtagelse og refleksion af den piezoelektriske transducer er baseret på den piezoelektriske effekt og den inverse piezoelektriske effekt. Emissionen af ultralydsbølger bruger den inverse piezoelektriske effekt af piezoelektriske materialer til at påføre en alternerende spænding på elektroderne på enden af det piezoelektriske materiale. Langs krystallens tykkelsesretning genereres mekaniske vibrationer med den samme frekvens som den anvendte vekselspænding og udsendes udad Lydbølger realiserer omdannelsen af elektrisk energi og lydenergi (mekanisk energi). Ultralydsmodtagelse bruger den piezoelektriske effekt af piezoelektriske materialer. Når piezoelektriske materialer udsættes for lydtryk fra lydbølger, genererer begge ender af materialet ladninger, der er synkroniseret med ændringer i lydtryk og derved omdanner lydenergi (mekanisk energi) til elektrisk energi.
Piezoelektriske materialer kan være kvartskrystaller, piezoelektriske keramik, piezoelektriske halvledere, piezoelektriske polymermaterialer og lignende. I henhold til forskellige behov er der mange vibrationstilstande for det piezoelektriske ark, såsom tykkelsesvibrationen af arket, længdevibrationen af det langsgående ark, skivens radiale vibration, den bøjende vibration og så videre. Blandt dem er vibration af pladetykkelse den mest anvendte.
Fordi selve den piezoelektriske krystal er relativt skør, og på grund af forskellige krav til isolering, tætning, korrosionsbestandighed, impedanstilpasning og dårlig miljøbeskyttelse installeres piezoelektriske elementer ofte i en skal for at danne en sonde. Blandt dem spiller den sfæriske lydfilm en rolle i forbedring af impedansmatchning og øget strålekraft. Dens vibrationsfrekvens er over flere hundrede kilohertz, og der anvendes et piezoelektrisk ark med tykkelsesvibration.
(2) Magnetstriktiv transducer
Modtagelse og transmission af den magnetostriktive transducer er baseret på den magnetostriktive effekt og den inverse magnetostriktive effekt. Emissionen af ultralydsbølger udnytter den magnetostriktive effekt af det magnetostriktive materiale. Det magnetostriktive materiale placeres i et skiftende magnetfelt, hvilket får det til at producere skiftende ændringer i mekaniske dimensioner i retning af magnetfeltet, dvs. mekanisk vibration, hvorved der genereres ultralyd. Ultralydsmodtagelse bruger den omvendte magnetostriktive effekt af magnetostriktive materialer. Når de magnetostriktive materialer udsættes for lydtryk, vil de forårsage intern deformation og stress, hvilket får grænserne mellem de magnetiske domæner til at bevæge sig. Magnetiseringsvektoren roterer, så magnetiseringen og permeabiliteten af materialet ændres i overensstemmelse hermed. Tilføjelse af en spole til det magnetostriktive materiale kan konvertere materialets magnetiske ændring til en ændring i spolestrømmen, så det kan bruges til at modtage ultralydsbølger.
Magnetstriktive materialer kan være visse ferromagnetiske materialer og deres legeringer, såsom nikkel, nikkel-jernlegeringer, aluminium-jernlegeringer, jern-cobalt-vanadiumlegeringer osv. Og ferrit indeholdende zink og nikkel. Forskellige magnetostriktive materialer har forskellige magnetostriktive effekter, når der påføres et skiftende magnetfelt, og nikkel har den største magnetostriktive effekt.
Almindeligt anvendte magnetostriktive transducere er lavet af nikkelplader med en tykkelse på 0,1 ～ 0,4 mm. Der træffes isoleringsforanstaltninger mellem arkene for at reducere tabet af hvirvelstrøm. Dens former er rektangulære, vinduesformede og så videre.
