超声波换能器的工作原理是基于压电效应,将电能转换为机械振动(超声波)并发射出去,或接收超声波信号转换为电信号。
它核心由压电陶瓷材料构成。当施加高频交变电信号时,压电陶瓷会因逆压电效应产生高频机械振动,频率通常在20kHz以上,形成超声波并向外传播。这一过程实现了电能到机械能的转换。
在接收信号时,外来超声波作用于压电陶瓷,使其发生形变,从而在材料内部产生电荷变化,即正压电效应,将机械能转换回电能,完成信号接收。
为提高效率,换能器通常在共振频率下工作。此时振动幅度最大,能量转换效率高。结构上包括压电陶瓷、金属基板、匹配层和背衬层:匹配层减少声阻抗失配,提升能量传输;背衬层吸收反向声波,提高分辨率。
