概述：聲波的分類

1.次聲波次聲波是頻率低于20赫茲的聲波，人耳聽不到，但可與人體器官發生共振，7~8Hz的次聲波會引起人的恐怖感，動作不協調，甚至導致心臟停止跳動。7/17/202312.可聞聲波

美妙的音樂可使人陶醉。7/17/202323.超聲波蝙蝠能發出和聽見超聲波。7/17/20233蝙蝠依靠超聲波捕食7/17/20234超聲波與可聞聲波不同，它可以被聚焦，具有能量集中的特點。

超聲波霧化器

超聲波加濕器7/17/20235壓電陶瓷或磁致伸縮材料在高電壓窄脈沖作用下，可得到較大功率的超聲波，可以被聚焦，能用于集成電路及塑料的焊接。

超聲波塑料焊接機7/17/20236超聲波金絲焊接機7/17/20237超聲波被聚焦后，具有較好的方向性，在遇到兩種介質的分界面時，能產生明顯的反射和折射現象，這一現象類似于光波。便攜式超聲波探魚器7/17/20238超聲波在醫學檢查中的應用胎兒的

B超影像7/17/20239超聲波用于高效清洗當弱的聲波信號作用于液體中時，會對液體產生一定的負壓，即液體體積增加，液體中分子空隙加大，形成許多微小的氣泡；而當強的聲波信號作用于液體時，則會對液體產生一定的正壓，即液體體積被壓縮減小，液體中形成的微小氣泡被壓碎。經研究證明：超聲波作用于液體中時，液體中每個氣泡的破裂會產生能量極大的沖擊波，相當于瞬間產生幾百度的高溫和高達上千個大氣壓的壓力，這種現象被稱之為“空化作用”，超聲波清洗正是利用液體中氣泡破裂所產生的沖擊波來達到清洗和沖刷工件內外表面的作用。超聲清洗多用于半導體、機械、玻璃、醫療儀器等行業。7/17/202310超聲波清洗原理及清洗器

（參考湖南省瀏陽市醫用儀具廠、北京德泰隆科技發展有限責任公司資料）超聲換能器氣泡波浪清洗物7/17/202311第一節超聲波物理基礎

頻率高于20kHz的機械振動波稱為超聲波。它的指向性很好，能量集中，因此穿透本領大，能穿透幾米厚的鋼板，而能量損失不大。在遇到兩種介質的分界面（例如鋼板與空氣的交界面）時，能產生明顯的反射和折射現象，超聲波的頻率越高，其聲場指向性就愈好。7/17/202312超聲波的波型分類超聲波的傳播波型主要可分為縱波、橫波、表面波等幾種。

7/17/202313縱波7/17/202314橫波

7/17/202315表面波7/17/202316

第二節超聲波換能器及耦合技術

超聲波換能器又稱超聲波探頭。超聲波換能器的工作原理有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數種，在檢測技術中主要采用壓電式。超聲波探頭又分為直探頭、斜探頭、雙探頭、表面波探頭、聚焦探頭、沖水探頭、水浸探頭、高溫探頭、空氣傳導探頭以及其他專用探頭等。7/17/202317各種超聲波探頭

（以下參考常州市常超檢測設備有限公司資料）常用頻率范圍：0.5~10MHz，常見晶片直徑：5~30mm接觸式直探頭（縱波垂直入射到被檢介質）外殼用金屬制作，保護膜用硬度很高的耐磨材料制作，防止壓電晶片磨損。

保護膜接插件7/17/202318接觸式直探頭原理超聲脈沖電壓輸入端

接地端7/17/202319接觸式斜探頭（橫波、瑞利波或蘭姆波探頭）壓電晶片粘貼在與底面成一定角度（如30、45等）的有機玻璃斜楔塊上，當斜楔塊與不同材料的被測介質（試件）接觸時，超聲波將產生一定角度的折射，傾斜入射到試件中去，可產生多次反射，而傳播到較遠處去。底部耐磨材料接插件7/17/202320各種接觸式斜探頭常用頻率范圍：1~5MHz7/17/202321接觸法雙晶直探頭

將兩個單晶探頭組合裝配在同一殼體內，其中一片發射超聲波，另一片接收超聲波。兩晶片之間用一片吸聲性能強、絕緣性能好的薄片加以隔離。雙晶探頭的結構雖然復雜些，但檢測精度比單晶直探頭高，且超聲信號的反射和接收的控制電路較單晶直探頭簡單。發射晶片接收晶片7/17/202322各種雙晶直探頭焦距范圍：5~40mm,頻率范圍：2.5~5MHz，鋼中折射角：45

~70

7/17/202323接觸法雙晶斜探頭（續）7/17/202324水浸探頭

（可用自來水作為耦合劑）選擇聲透鏡形狀，可決定聚焦形式為點聚焦或線聚焦。7/17/202325聚焦探頭由于超聲波的波長很短（毫米數量級），所以它也類似光波，可以被聚焦成十分細的聲束，其直徑可小到1mm左右，可以分辨試件中細小的缺陷，這種探頭稱為聚焦探頭。聚焦探頭采用曲面晶片來發出聚焦的超聲波；也可以采用兩種不同聲速的塑料來制作聲透鏡；也可以利用類似光學反射鏡的原理制作聲凹面鏡來聚焦超聲波。

7/17/202326聚焦探頭原理及外形水浸聚焦探頭7/17/202327超聲波探頭中的壓電陶瓷芯片將數百伏的超聲電脈沖加到壓電晶片上，利用逆壓電效應，使晶片發射出持續時間很短的超聲振動波。當超聲波經被測物反射回到壓電晶片時，利用壓電效應，將機械振動波轉換成同頻率的交變電荷和電壓。7/17/202328壓電陶瓷的主要性能指標

1)介電常數：1000~60002)壓電靈敏度D33

：300~600pC/N3)機械品質因素Q：100~20004)居里溫度：300~400C5）靜電容：1000~100000pF（與面積有關）

6）頻率范圍：用于超聲清洗：30~100KHz

用于探傷儀及流量計：2.5~5MHz

用于霧化器：1~2MHz7/17/202329耦合劑

超聲探頭與被測物體接觸時，探頭與被測物體表面間存在一層空氣薄層，空氣將引起三個界面間強烈的雜亂反射波，造成干擾，并造成很大的衰減。為此，必須將接觸面之間的空氣排擠掉，使超聲波能順利地入射到被測介質中。在工業中，經常使用一種稱為耦合劑的液體物質，使之充滿在接觸層中，起到傳遞超聲波的作用。常用的耦合劑有自來水、機油、甘油、水玻璃、膠水、化學漿糊等。

7/17/202330空氣超聲探頭

a）

超聲發射器

b）超聲接收器

1—外殼2—金屬絲網罩3—錐形共振盤4—壓電晶片5—引腳6—阻抗匹配器7—超