Hiệu suất cảm biến siêu âm
Cảm biến siêu âm áp điện sử dụng nguyên lý tác dụng áp điện của vật liệu áp điện để hoạt động. Các vật liệu thành phần nhạy cảm thường được sử dụng chủ yếu bao gồm tinh thể áp điện và gốm áp điện.
Theo sự khác biệt giữa hiệu ứng áp điện thuận và nghịch, cảm biến siêu âm áp điện được chia thành máy phát (đầu dò phát) và máy thu (đầu dò nhận). Theo cấu trúc và loại sóng được sử dụng, chúng có thể được chia thành các đầu dò thẳng, đầu dò sóng bề mặt và đầu dò sóng Lamb, đầu dò góc thay đổi, đầu dò tinh thể kép, đầu dò tiêu điểm, đầu dò ngâm nước, đầu dò phun nước và đầu dò đặc biệt, v.v. .
Máy phát siêu âm áp điện sử dụng nguyên lý nghịch đảo áp điện để chuyển đổi rung động thành phân tích rung động tần số cao, và sau đó tạo ra sóng siêu âm. Khi tần số của điện áp làm việc xoay chiều tương đương với tần số cộng hưởng của vật liệu áp điện thì sẽ gây ra hiện tượng cộng hưởng, và sóng siêu âm tạo ra lúc này là mạnh nhất. Cảm biến siêu âm áp điện có thể tạo ra sóng siêu âm tần số cao từ hàng chục kilohertz đến hàng chục megahertz, và mức cường độ âm thanh của nó có thể lên tới hàng chục watt trên một cm khối.
Cấu trúc chính của một cảm biến siêu âm áp điện điển hình bao gồm một tấm áp điện, một khối hấp thụ (khối giảm chấn) và một màng bảo vệ. Các tấm áp điện chủ yếu có dạng đĩa và tần số siêu âm tỷ lệ nghịch với độ dày của nó. Hai mặt của chip áp điện được mạ một lớp bạc làm miếng cực dẫn điện, mặt dưới nối đất, mặt trên dẫn vào dây nối đất máy biến áp. Để ngăn chặn tốt hơn sự tiếp xúc trực tiếp giữa cảm biến và DUT và làm hỏng chip áp điện, một màng bảo vệ được dán dưới chip áp điện. Tác dụng của khối hấp thụ là làm giảm chất lượng thiết bị cơ khí của chip áp điện và hấp thụ động năng của sóng siêu âm.
Máy thu siêu âm áp điện hoạt động bằng cách sử dụng nguyên tắc của hiệu ứng áp điện dương. Khi sóng siêu âm tác động lên tấm áp điện làm cho tấm mỏng nở ra và co lại, các điện tích trái dấu được tạo ra trên hai bề mặt của tấm mỏng. Các điện tích này được chuyển đổi thành điện áp và được gửi đến sơ đồ mạch đo lường sau khi khuếch đại, và cuối cùng được ghi lại hoặc hiển thị. Cấu trúc của máy thu siêu âm áp điện về cơ bản giống cấu trúc của máy phát siêu âm, và đôi khi cùng một cảm biến được sử dụng làm máy phát và máy thu.
Hiệu suất chính của cảm biến siêu âm bao gồm:
(1) Tần số hoạt động: Tần số hoạt động là tần số cộng hưởng của tấm áp điện. Khi tần số của điện áp xoay chiều đặt vào hai đầu của nó bằng tần số cộng hưởng của chip thì năng lượng xuất ra là lớn nhất và độ nhạy cao nhất.
(2) Nhiệt độ làm việc: Bởi vì điểm Curie của vật liệu áp điện nói chung là tương đối cao, đặc biệt khi đầu dò siêu âm dùng để chẩn đoán sử dụng công suất thấp, nhiệt độ làm việc tương đối thấp và nó có thể hoạt động trong thời gian dài mà không bị hỏng. Nhiệt độ của đầu dò siêu âm y tế tương đối cao và cần có thiết bị làm lạnh riêng.
(3) Độ nhạy: chủ yếu phụ thuộc vào bản thân tấm wafer sản xuất. Hệ số ghép cơ điện lớn và độ nhạy cao; ngược lại, độ nhạy thấp.
Tiêu chí làm việc của cảm biến siêu âm:
Cảm biến siêu âm có thể được chia thành áp điện, từ trở, điện từ, vv theo nguyên lý làm việc của chúng. Loại áp điện được sử dụng phổ biến nhất.
