地球物理试验97仪器五压电换能器（一）原理：一八八零年居里兄弟发现了某些晶体的压电现象，即某些晶...。
地球物理试验97仪器五压电换能器（一）原理：一八八零年居里兄弟发现了某些晶体的压电现象，即某些晶体在结构上具有必定的不对称性，当它在必定的方向上遭到电压的效果时，便可发生形变；反过来若将晶体在相同方向上使其发生机械形变时，则在对应的方向上发生一个电压。回转所加的应力方向，则发生的电荷符号也相反。这便是所谓的“正压电效应”（机械能转化为电能）和“逆压电效应”（电能转化成机械能）。运用这些效应，制成了超声换能器。首先由一系列的电路发生高频电脉冲，去激起压电晶体，使之发生机械波，然后推进模型介质向外辐射超声波。接纳换能器与此相反，在模型介质中的超声波的推进下，换能器发生机械振荡并转化成电磁信号，经扩大处理后进行显现或记载。一般咱们把换能器也称为“探头”，相关于实践的运用，发射“探头”即相当于震源，而接纳“探头”则相当于拾震器或检波器。晶体的摆放有必定的方向性，一个晶体的坐标为光轴（Z），压电轴（X）和机械轴（Y）。当由机械效果在压电轴（极轴）的两头时，发生最大电荷，因而咱们制造压电晶片时，所切的平面即要垂直于压电轴。如图一：图一压电石英片内各轴的取向当咱们在压电晶体片上施加沟通电场时，电场的方向与压电轴共同，晶体将按电场的相位替换地以相同的周期紧缩、伸长，即弹性振荡，当电场的频率与晶片的振荡固有频率持平时，其振幅达最大值。假如咱们疏忽横向紧缩引起的横向振荡，即当晶片的厚度大大小于面积时，其根本振荡固有频率可近似为地球物理试验98式中h为晶片厚度（cm），ρ晶片密度（g／cm3）,C11相当于该种振荡的办法和取向的弹性模量（达因／cm，1达因=10-5牛顿）如石英ρ=2.65克/厘米，C11=86.051010达因/厘米fn的单位为Hz。若咱们需激起横向剪切振荡时，可运用沿Y轴取向的晶片就可到达意图，加于晶片外表的电场垂直于晶片的压电轴，则仅能激起剪切形变X图二压电晶体在激起电极间取向压电晶体的等效电路，由电阻、电容、电感组成，用其替代石英晶片剖析问题。理论的核算，可以阐明，如图三所示的电路表明晶体的振荡状况是正确的。图三压电石英的等效电路现在咱们许多选用的换能器是由锆钛酸铅压电陶瓷（PZT）制成的。其机械质量要素与机械损耗成反比）一般可在50～300之间，居里点在300～400之间。机电耦合系数K是反映资料功能的重要参数之一，它表明压电资料的机械能与电能的彼此耦合效应，其界说为=经过正压电效应而转化的电能/输入的机械能因为压电元件的机械能与其形状及振荡办法有关，因而不一样的形状和不同振荡办法所对应的机电耦合系数也不相同。C2C1地球物理试验99压电资料的介电常数、介质损耗、弹性常数、机械质量因数、压电常数、机械耦合系数等对换能器的发射功率、接纳灵敏度、谐振频率、阻抗等重要功能目标有着直接关系。压电换能器的主要功能目标有作业频率和频宽、指向性、阻抗、发射功率和功率、发射灵敏度及接纳灵敏度和振幅特性等。换能器的作业频率影响着其它功能目标的改动，在运用中咱们要根据不同的需要来挑选换能器的频率。关于发射换能器，一般作业在其谐振基频左右，以取得较满足的波形和功率；而对接纳换能器则要求有较宽的频带和较低的噪声；指向性是换能器的重要目标，它直接影响试验的效果间隔及定向精度；发射换能器相当于一输入阻抗，可由阻抗电桥测得，接纳换能器等效于输出阻抗，其要与发射机的输出回路及接纳机的输入电路相匹配（一般在几欧至几千欧）；功率是发射换能器在单位时刻内向介质声场辐射多少能量的物理量，功率越大，信号传得越远。（二）结构：咱们大部分运用的厂家出产的换能器为夹心式压电换能器。其结构暗示如图四：夹心振子结构暗示图咱们称这种在陶瓷片两边加金属块的圆柱体为“夹心振子”，其厚度（包含金属柱）为基波的半波长。换能器的全体结构如图五。夹心换能器结构暗示图声辐射面陶瓷片内六角螺丝绷簧垫配重块绝缘套压电片电极片压电片螺丝辐射体地球物理试验100在两陶瓷片之间夹一电极，陶瓷片上侧的金属块称为配重块，下侧的金属块称为辐射块，上下用螺丝拧紧。如选用并联结构，则压电陶瓷触摸配重块及辐射块两边均为负极，触摸电极一面均为正极，辐射体用铝轻金属，配重块用45#钢。图六所示为夹心振子的单轴辐射特性图。曲线A表明应力或应变，在节点处有极大值，夹心振子单轴辐射特性暗示图当负载质量相一起，振幅可以曲线B表明；密度不一起，振幅如曲线C改动，此刻振幅的极大值出现在小密度资料的一侧。但是辐射功率在两个振荡面上散布不对称，配重侧发生的声能大幅度削减，而在辐射面上发生的声能相应添加，然后根本上完成了单面辐射。其它许多类型的压电换能器还有许多，如横波换能器、抗压换能器、弯曲式换能器、增压式换能器、高频换能器、碗型聚集换能器、球型换能器等等，这不一一列举。杆状换能器是一种结构相对比较简略，简略克己的换能器，可以取得波形简略，连续时刻短的子波，是一种宽带窄脉冲的换能器，特别运用于超声地震模型试验中，以便更好地分辩各类震相。其结构如图七所示。杆状换能器制造流程与工艺很简略，用环氧树脂将两薄铜片粘结在陶瓷晶片（锆钛酸铅压电陶瓷）的两个镀银面上，胶干后，再将黄铜棒与其粘结起来作为背衬，焊接好电源引线即可。这儿选黄铜棒，是因其声阻抗与锆钛酸铅的声阻抗挨近，声杆状换能器结构及波形脉冲形状最简略。但这种换能器也存在发射功率小、接纳灵敏度不行高级缺陷。配重块密度大密度小声辐射面黄铜棒导线导线电极电极晶片地球物理试验101（三）换能器特性测定简介：换能器的特性主要指其指向性、阻抗、固有频率、压电参量等。指向性：如图八在一二维半圆的均匀介质模型上，把发射换能器放在圆心部位，把接纳换能器的指向性测定换能器放在按必定分度的圆周测点上，观测各点震相的震幅，将记载数据制作在坐标上，依照最大呼应的声功率的一半（或0.707）求出发射换能器的指向角（开角）。关于接纳换能器可用相同的办法测定。阻抗：串联谐振法是阻抗测验简便易行的办法。原理如图九，信号发生器的交变信号经11变压器加在电阻R（几百Ω至十几ＫΩ）和待测的换能器串联的电路上，毫伏表起电压指示效果。调理信号发生器的信号频率，使毫伏表的指针到达极小值，记下此值，串联谐振电路并坚持不变。用规范电阻箱替代换能器，改动其阻值，使毫伏表指针到达相同极小值，此刻电阻箱的阻值即近似等于换能器的阻抗。固有频率：常用办法为电桥法，其原理如图十所示。信号发生器的交变信号经变压器加至电桥跨接的毫伏表作为指示用。在某一频率下，调理电阻箱和电容箱，可使毫伏表指针达极小值，记载下此频率下的1/R及1/C，改动至另一频率，重复上述的进程，得到另一组1/R接纳换能器发射换能器发射点mv1:1信号发生器地球物理试验102和1/C，屡次重复，即可作出频率与1/R的曲线/R取极大值时所对应的频率值，即为换能器的谐振频率f电桥法测固有频率在试验室也可用扫频仪、数字频率计做丈量，可从扫频仪屏幕上直接观测到压电陶瓷换能器的整个频谱特性，用扫频仪的手控扫描，可由数字频率计显现恣意频谱特性曲线 上一点的频率数值。 图十一 数字频率计丈量频谱特性 换能器的研讨是一门非常宽广而又艰深的科学，在此仅是一点浅显的介绍，使咱们有 一点开始的知道。 信号发生器 换能器示波器 数字频率计
【冲刺】2025年西南林业大学095131农艺与种业《339农业知识归纳一之植物学》考研冲刺模仿5套卷
【冲刺】2025年 江南大学035200社会作业《437社会作业实务之社会作业实务》考研冲刺模仿5套卷
【冲刺】2025年 海南大学090100作物学《414植物生理学与生物化学之植物学》考研冲刺模仿5套卷
【冲刺】2025年西南林业大学095131农艺与种业《339农业知识归纳一之植物生理学》考研冲刺模仿5套卷
【冲刺】2025年湖北师范大学020202区域经济学《825微观经济学》考研学霸狂刷350题(挑选题)
【冲刺】2025年 青岛大学086002制药工程《906药学归纳(2)之药物化学》考研学霸狂刷310题(比较挑选+单项挑选+多项挑选+配比挑选+简答题)
【冲刺】2025年 海南大学090400植物保护《414植物生理学与生物化学之植物学》考研冲刺模仿5套卷
【冲刺】2025年 海南大学090100作物学《414植物生理学与生物化学之植物生理学》考研冲刺模仿5套卷
【冲刺】2025年 海南大学090200园艺学《414植物生理学与生物化学之植物生理学》考研冲刺模仿5套卷
【冲刺】2025年 天然资源部第二海洋研讨所070704海洋地质《701地球科学概论之地球化学》考研学霸狂刷160题(名词解释+简答题)
