超聲波的產(chǎn)生與傳播

超聲波的產(chǎn)生與傳播超聲波的產(chǎn)生與傳播能夠產(chǎn)生超聲波的方法很多，常用的有壓電效應(yīng)方法、磁致伸縮效應(yīng)方法、靜電效應(yīng)方法和電磁效應(yīng)方法等.我們把能夠?qū)崿F(xiàn)超聲能量與其他形式能量相互轉(zhuǎn)換的器件稱為超聲波換能器。一般情況下，超聲波換能器既能用于發(fā)射又能用于接收.在本實驗中，采用壓電效應(yīng)實現(xiàn)超聲波信號與電信號的轉(zhuǎn)換，即壓電換能器，它是利用壓電材料的壓電效應(yīng)實現(xiàn)超聲波的發(fā)射和接收。壓電效應(yīng)某些固體物質(zhì)，在壓力（或拉力）的作用下產(chǎn)生變形，從而使物質(zhì)本身極化，在物體相對的表面出現(xiàn)正、負束縛電荷，這一效應(yīng)稱為壓電效應(yīng)。物質(zhì)的壓電效應(yīng)與其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)有關(guān)。下圖顯示了石英晶體晶格原子在拉力變化下晶格的變化情況。石英晶體晶格原子在拉力變化下晶格的變化脈沖超聲波的產(chǎn)生及其特點當給壓電晶片兩極施加一個電壓短脈沖時，由于逆壓電效應(yīng)，晶片將發(fā)生彈性形變而產(chǎn)生彈性振蕩。振蕩頻率與晶片的厚度和聲速有關(guān)，適當選擇晶片的厚度可以得到超聲頻率范圍的彈性波，即超聲波。此種方式發(fā)射出的是一個超聲波波包，通常稱為脈沖波。脈沖波產(chǎn)生原理超聲波在介質(zhì)中傳播的波形超聲波在介質(zhì)中傳播的波形取決于介質(zhì)可以承受何種作用力以及如何對介質(zhì)激發(fā)超聲波。通常有如下三種：縱波波型：當介質(zhì)中質(zhì)點振動方向與超聲波的傳播方向一致時，此超聲波為縱波波型。任何固體介質(zhì)當其體積發(fā)生交替變化時均能產(chǎn)生縱波。橫波波型：當介質(zhì)中質(zhì)點的振動方向與超聲波的傳播方向相垂直時，此種超聲波為橫波波型。由于固體介質(zhì)除了能承受體積變形外，還能承受切變變形，因此，當其有剪切力交替作用于固體介質(zhì)時均能產(chǎn)生橫波。橫波只能在固體介質(zhì)中傳播。表面波波型：是沿著固體表面?zhèn)鞑サ木哂锌v波和橫波的雙重性質(zhì)的波。表面波可以看成是由平行于表面的縱波和垂直于表面的橫波合成，振動質(zhì)點的軌跡為一橢圓，在距表面1/4波長深處振幅最強，隨著深度的增加很快衰減，實際上離表面一個波長以上的地方，質(zhì)點振動的振幅已經(jīng)很微弱了。定位原理利用超聲波進行探測的另一個原因是超聲探頭發(fā)射的能量具有較強的指向性。指向性是指超聲波探頭發(fā)射聲束擴散角的大小。擴散角越小，則指向性越好，對目標定位的準確性越高