Đầu dò siêu âm chịu trách nhiệm tiếp nhận và phản xạ sóng siêu âm
Đầu dò sóng siêu âm hay còn gọi là đầu dò sóng siêu âm là thiết bị chủ yếu để truyền và nhận sóng siêu âm. Nó được chia thành đầu dò phát và đầu dò nhận. Đầu dò phát chuyển đổi các dạng năng lượng khác thành sóng siêu âm, và đầu dò nhận chuyển sóng siêu âm nhận được thành năng lượng khác rất dễ đo. Có nhiều dạng năng lượng nên dạng của bộ biến đổi cũng khác nhau. Trong đo siêu âm, đầu dò áp điện thường được sử dụng, sau đó là đầu dò từ trở.
(1) Bộ chuyển đổi áp điện
Sự nhận và phản xạ của bộ chuyển đổi áp điện dựa trên hiệu ứng áp điện và hiệu ứng áp điện nghịch. Sự phát ra sóng siêu âm sử dụng hiệu ứng áp điện nghịch đảo của vật liệu áp điện để đặt một hiệu điện thế xoay chiều lên các điện cực ở mặt cuối của vật liệu áp điện. Dọc theo chiều dày của tinh thể, các dao động cơ học có cùng tần số với hiệu điện thế xoay chiều đặt vào sẽ được tạo ra và phát ra ngoài Sóng âm thực hiện sự chuyển hóa năng lượng điện và năng lượng âm thanh (cơ năng). Quá trình thu sóng siêu âm sử dụng hiệu ứng áp điện của vật liệu áp điện. Khi vật liệu áp điện chịu áp lực âm thanh của sóng âm, cả hai đầu vật liệu sẽ sinh ra các điện tích đồng bộ với sự thay đổi của áp suất âm thanh, từ đó chuyển hóa năng lượng âm thanh (cơ năng) thành năng lượng điện.
Vật liệu áp điện có thể là tinh thể thạch anh, gốm áp điện, chất bán dẫn áp điện, vật liệu áp điện polyme, và những thứ tương tự. Theo nhu cầu khác nhau, có nhiều chế độ rung của tấm áp điện, chẳng hạn như rung theo chiều dày của tấm, rung theo chiều dọc của tấm dọc, rung hướng tâm của đĩa, rung uốn, v.v. Trong số đó, rung độ dày tấm được sử dụng nhiều nhất.
Vì bản thân tinh thể áp điện tương đối giòn, và do các yêu cầu khác nhau về cách điện, niêm phong, chống ăn mòn, kết hợp trở kháng và bảo vệ môi trường kém, các phần tử áp điện thường được lắp đặt trong một vỏ để tạo thành một đầu dò. Trong số đó, màng âm hình cầu có vai trò cải thiện sự phù hợp trở kháng và tăng công suất bức xạ. Tần số rung của nó trên vài trăm kilohertz, và một tấm áp điện có độ rung được sử dụng.
(2) Bộ chuyển đổi từ tính
Việc nhận và phát của bộ chuyển đổi từ tính dựa trên hiệu ứng từ trở và hiệu ứng từ động nghịch đảo. Sự phát ra sóng siêu âm sử dụng hiệu ứng từ tính của vật liệu từ tính. Vật liệu từ trở được đặt trong một từ trường xoay chiều, làm cho nó tạo ra những thay đổi luân phiên trong các kích thước cơ học dọc theo hướng của từ trường, tức là dao động cơ học, do đó tạo ra siêu âm. Quá trình thu sóng siêu âm sử dụng hiệu ứng từ trở nghịch của vật liệu từ động. Khi các vật liệu từ tính chịu áp lực âm thanh, chúng sẽ gây ra biến dạng bên trong và ứng suất, làm cho ranh giới giữa các miền từ chuyển động. Vectơ từ hóa quay, do đó độ từ hóa và độ từ hóa của vật liệu thay đổi tương ứng. Thêm một cuộn dây vào vật liệu từ tính có thể chuyển đổi sự thay đổi từ tính của vật liệu thành sự thay đổi dòng điện cuộn dây, vì vậy nó có thể được sử dụng để thu sóng siêu âm.
Vật liệu từ tính có thể là một số vật liệu sắt từ và hợp kim của chúng, chẳng hạn như niken, hợp kim niken-sắt, hợp kim nhôm-sắt, hợp kim sắt-coban-vanadi, v.v. và sắt chứa kẽm và niken. Các vật liệu từ trở khác nhau có hiệu ứng từ động khác nhau khi đặt một từ trường xoay chiều, và niken có hiệu ứng từ động lớn nhất.
Các đầu dò từ trở thường được sử dụng được làm bằng các tấm niken có độ dày 0,1 ～ 0,4mm. Các biện pháp cách nhiệt được thực hiện giữa các tấm để giảm sự mất mát của dòng điện xoáy. Hình dạng của nó là hình chữ nhật, hình cửa sổ, v.v.
