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宽频带探头与窄频带探头(二)

来源: | 发布日期:2022-06-30

       当探头的压电晶片较薄时,从晶片正面和背面激发出的脉冲波将会发生干涉现象。为了获得宽频带的激发波,需要尽可能避免这种干涉现象。图4-10a[5]所示为一个传统的超声波探头,其压电应力hD(x)沿探头长度方向保持恒定,在探头晶片末端压电应力发生突变。其压电应力梯度可以用24 函数表示,由此产生的频谱是常规的正弦调制谱。Mitchell提出了一种方法来减弱压电晶片背面激发出的脉冲波,进而获得宽频带的脉冲波[7]。采用一种特殊的压电晶片,该晶片的压电应力hD(x)不是常数,而是沿晶片厚度方向具有一定的梯度,如图4-10b所示。可以看出,所产生的频谱明显加宽了。图4-10c所示探头的后表面设计成内凹的形状,能够使压电应力得到扩展,使压电应力的变化比较平缓,同理具有这种压电应力特性的探头也能够得到较宽的频谱。



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       改变探头晶片厚度及晶片与背衬材料阻抗匹配情况也可以改善发射信号的频带宽度,如图4-11所示[8]。图中所示的三种探头都是为了产生出宽频带超声波而设计的,主要设计思想都是要尽可能减少来自探头背面的反射脉冲。其中,图4-11a对应信号及频谱来自具有较厚晶片的探头,且晶片与其背面介质匹配良好,探头晶片前后表面的反射波能够从时域上加以区分。图4-11b中,通过采用一种与探头晶片具有相似物理特性的材料作为背面介质而获得两者阻抗之间的良好匹配,但晶片不是很厚,产生的超声波频谱没有图4-11a中的宽,且高频部分形状不规则。对于压电陶瓷晶片来说,与其匹配的材料可以是一种无磁性的块体陶瓷,探头结构如图4-12所示[9]。图4-11c对应的波形及其频谱来源于Kazhis和Lukoshevichyus设计的探头,如图4-13所示[10]。他们利用一种非标准化的方法使探头内部电场发生扭曲,从而减少甚至避免来自探头背面的反射脉冲。这种探头所产生的超声波频带范围非常宽。


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       探头频带对分辨力、盲区大小以及灵敏度等都有影响,需要慎重选择。通常,宽频带探头具有脉冲宽度较小、盲区小、深度分辨力好等优点,但灵敏度较低;反之,窄频带探头对应的脉冲宽度较宽、盲区大、深度分辨力差,但灵敏度高、穿透力强。

 

 

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