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1.压电式换能器：压电式换能器利用了某些单晶材料的压电效应和某些多晶材料的电致伸缩效应。
[1]压电效应
某些单晶材料的结构具有非对称特性，当这些材料受到外加应力作用而产生应变时，其内部晶格结构的变化（形变）会破坏原来宏观表现为电中性的状态，产生极化电场（电极化），所产生的电场（电极化强度）与应变的大小成正比。这种现象称为正压电效应，它是由居里兄弟于1880 年发现的。随后，在1881年又进一步发现这类单晶材料还具有逆压电效应，即具有正压电效应的材料在受到外加电场作用时，会有应力和应变产生，其应变与外电场的大小成正比。
压电效应是晶体结构的一个特性，它与晶体结构的非对称性有关，黑白密度计 http://www.heibaimiduji.com 而压电效应的大小及性质则与施加的应力或电场对晶体结晶轴的相对方向有关。
具有压电效应的单晶材料种类很多，最常用的如天然石英（SiO2）晶体，以及人工单晶材料如硫酸锂（Li2SO4）、铌酸锂（LiNbO3）等等。
[2]电致伸缩效应
某些多晶材料中存在有自发形成的分子集团，即所谓“电畴”，它具有一定的极化，并且沿极化方向的长度往往与其他方向的长度不同。当有外加电场作用时，电畴会发生转动，使其极化方向与外加电场方向趋于一致，从而使该材料沿外加电场方向的长度将发生变化，表现为弹性应变。这种现象称为电致伸缩效应。
电致伸缩效应也有逆效应，即具有电致伸缩效应的多晶材料在经受外加应力产生应变时，其总的极化强度将会发生变化，即表现为电极化（产生电场）。因此，电致伸缩效应可以说与电极化现象有关（自极化）。
从上述的压电效应和电致伸缩效应的结果来看，两者有几乎相同的表现形式。其中，正压电效应的表现结果与逆电致伸缩效应相当，而逆压电效应的表现结果则与正电致伸缩效应相当。因此就宏观上来看，在实际应用中常把两者通称为压电效应，但必须注意到它们的物理意义有实质上的不同。在超声检测技术中，对压电材料施加交变电场，该材料将沿电场方向发生交变应变，从而能在与它紧密接触的介质中激发出机械振动波-超声波。反之，对压电材料施加交变应力（即受到超声波的作用）而使该材料发生交变应变时，则会在该材料上产生交变电场，从而达到接收超声波的目的。
利用电致伸缩效应现象的压电换能器常用压电陶瓷，如锆钛酸铅（PZT）、钛酸钡（BaTiO3）、铌酸铅（PbNb2O3）等。
压电式换能器的主要特点是电声转换效率高，特别是接收灵敏度高，但其机械强度较低（脆性大），因而在大功率应用上受到限制（不过目前的最新技术已能达到数百瓦到上千瓦的声辐射功率）。此外，某些单晶材料容易溶于水而失效（水解）。
2.磁致伸缩式换能器
磁致伸缩式换能器利用了磁致伸缩效应，这时特定合金材料结晶结构的物理特性，即某些铁磁体及其合金，以及某些铁氧体中的磁畴，在其自发磁化方向上的长度可能与其它方向上的不同。当有外加磁场作用时，由于这种磁畴将发生转动，使其磁化方向尽量与外磁场方向趋于一致，从而使该材料沿外磁场方向的长度将发生变化，表现为弹性应变（当然，这种变形引起的应变是很小的，约在10-5~10-6 之间）。这种现象即是磁致伸缩效应。相反，具有磁致伸缩效应的材料在经受外加应力或应变时，其磁化强度也会发生改变，此即为逆磁致伸缩效应。
这样，在对磁致伸缩材料施以交变磁场时，该材料将沿磁力线方向发生磁致形变，从而可以在与它表面紧密接触的介质中激发出机械振动波-超声波。同样，利用逆磁致伸缩效应则可达到接收超声波的目的：施加到磁致伸缩材料上的应变（弹性应力-超声波作用力）将使处在外加磁场中的该材料其磁场的磁通密度发生变化（此即所谓磁弹性效应），无损检测资源网从而使位于该材料表面上的检测线圈中将因磁通密度变化而产生感应电势，可以用作磁弹性效应的信号，达到接收超声波的效果（注意磁场方向应和应力方向-超声波产生的质点振动方向一致）。
根据磁致伸缩的变化状态，可以分为：
[1]线型磁致伸缩：在发生应变时，材料的体积不变，但在长度方向上伸缩变化的程度大，这是磁致伸缩式换能器主要应用的类型。但是，它只能在居里温度以下的情况发生，若温度超过居里点后将只能存在体积型磁致伸缩。
[2]体积型磁致伸缩：在发生应变时，材料的体积也会发生变化。
磁致伸缩式换能器主要用于低频大功率的场合，这与其频率受限制和受磁性材料特性参数限制的因素有关，它特别是在功率超声应用领域中有着广泛应用，其特点主要是机械强度高，性能稳定，水密要求低（不会水解）。但是，它的涡流和磁滞损耗较大，电声转换效率不如压电式换能器，而且通常需要有较大的激励电能以用于大功率场合。
需要注意的是，在施以交变磁场时，由于趋肤效应的影响会使透入深度受到限制，因此这种磁致伸缩效应所波及的范围仅限于材料表面。在产生超声波时，超声波的强弱取决于材料表层交变磁场的强度，此外，传声介质与材料表面接触的紧密程度（声耦合）也极为重要。
常用于磁致伸缩式换能器的材料有金属镍、金属钴、铁钴合金、铁镍合金、镍铁氧体、镍锌铁氧体、镍铜铁氧体等。
3.电动式换能器
这是一种把电能转换成机械能，或把机械能转换为电能的装置，其结构如图1.1 所示，与膜片相连的圆筒上有细漆包线缠绕的线圈即音圈，该圆筒套在中心磁导体上。
我们知道，在电磁学中有下述关系式： F=Bli 和 e=Blυ
式中：F-作用力；i-电流；B-磁感应强度；l-导体长度；υ-导体运动速度；e-感应电势
根据电磁感应原理，对位于磁场中的导体通入电流i 时，将有电磁作用力F 作用于导体（如果磁场恒定不变，则电磁力F 的大小与电流i 成正比），根据左手定则，导体将会在输入电流与磁场内磁力线相交平面的垂直方向产生位移（当电流方向改变时，作用力的方向也同时改变），这样就会带动与导体连接的振动膜运动，进而推动振动膜周围的传声介质而发射机械振动波（声波）。相反，当与导体连接的振动膜受机械振动波（声波）作用而振动时，带动导体在磁场中运动，切割磁力线，就会在导体两端产生感应电势，其方向决定于右手定则，这种感应电势即可作为接收信号输出。在实际应用中，通常在换能器外壳上附设体积很小的升压变压器，把音圈上的感应电势升压后再输出。
常见的电动式换能器有动圈式扬声器及话筒，或带式传声器等。电动式换能器的结构简单牢固，方向性强，电声效率高，但由于其结构所限，不适用于高频场合而多用于低频情况下工作，如音响装置中的低音扬声器。
4.电磁式换能器：这是利用电磁作用力和磁路中磁阻变化而起换能作用的器件，其结构如图1.2 所示。
在发射声波的状态下，通以交变电流的励磁线圈将产生交变磁场，无损检测资源网由于衔铁上的磁通量发生变化，从而对衔铁产生交变的电磁作用力，即带动振动膜片发生振动并推动相邻的传声介质而发射声波。
在接收声波时，与衔铁相连的振动膜片受声波（声压）作用而发生振动，导致衔铁与磁铁间的间隙大小发生交变变化，这将影响到磁路中的磁阻发生交变变化，于是磁通量发生交变变化，这将使检测线圈两端产生交变的感应电势即可作为输出信号。
常见的电磁式换能器有励磁式扬声器、耳机、拾音器和话筒等，如音响装置中的高音扬声器。
5.电磁-声换能器（又称涡流-声换能器）：利用电动力学法在导电金属中产生超声波的装置，其基本结构将通有交变电流的激磁线圈至于导电金属之上，线圈产生的交变磁场作用于导电金属并感应出涡电流，该涡流位于另一外加恒磁场（如永久磁铁或直流电磁铁）中时，带电质点在磁场中流动时受到垂直于磁场方向和质点运动方向的力-洛伦兹力作用而发生位移，从而激发出超声波，视作用力的分力方向（水平分量与垂直分量）可以同时激发出纵波与横波，其频率与通入交变电流的频率相同。这种方法又称重叠磁场法，其基本作用原理见图1.4。
在图1.4 中，Bz 为方向平行与板面的磁感应强度，Br 为方向垂直与板面的磁感应强度；g 为涡流的电流密度，它与输入电流方向相反。根据右手定则可确定洛伦兹力F 的方向在（a）中垂直于Bz 与g 的平面（垂直于板面）--激发纵波，在（b）中垂直于Br 与g 的平面（平行于板面）--激发横波。根据电磁感应原理，在感应磁场B 中作用于以速度V 移动的电荷e 上的力F（即洛伦兹力）有：F～eVB。当把通有交变电流i 的线圈置于导电体上时，导电体中的微小体积元dV 中感应出以e 和V 确定的电流密度为g 的涡电流。因此：F～gB，矢量g、B 和F 相互垂直且g 与i 反向（注意，由于交变电流存在趋肤效应，故dV 应是靠近导电体的表面）。
在接收超声波（如反射回波）时，响应于声压作用力使体积元dV 在恒磁场B 中振动，因此受力F’～eV’B，V’为振动速度。此力使带电质点运动产生电流密度为g 的交变电流即涡流。该涡流使配置在导电体上的检测线圈中感应产生感应电势（感应的交变电流）作为接收信号，其频率与接收到的超声波有相同的频率，其大小则随磁场的增大而增加。
电磁-声换能器的优点是可以不与被检测的导电体接触而进行超声波检测，如轧钢生产线上的在线高温自动化超声检测，其缺点是目前的检测灵敏度还较低，通常如采用Φ8-10mm 平底孔作为检测灵敏度当量对比标准。
6.电容式换能器（又称静电换能器）：其基本结构如图1.5 所示。
图1.5 电容式换能器基本结构示意图
电容式换能器的主要部件是一个可变的平板电容器，其中一块极板固定（刚性固定金属极板），另一块极板可做相对移动（振动膜-张紧的金属薄膜）。两极板的间距很小，通常约为百分之几毫米，其电容量约为200～400 微微法拉。两极间预先加上了固定偏压。在用作超声波接收器时，将此电容器与一电阻串联后接上固定偏压（直流高压），当超声波作用到振动片上时，膜片发生振动，改变两极间的距离，使电容器的电容量发生变化-容抗变化，此时该串联阻抗两端的电压也相应发生变化，在电路中将产生交变电流输出（信号电压），此变化是很小的，需经较高放大倍数的放大器进一步放大并处理后达到检测（接收）的目的。电容式换能器作为接收器使用时，其输出电压有下述关系式：e=(dA/d0)·U·(C0/C+C0’)式中：e-输出电压；U-施加在电容器两端的直流电压（固定偏压）；d0-一充电电容器两电极间距离；dA-两电极间变化的距离；C0-电容器的静态电容，C-测量电路中的杂散静电容；C0’-变化电容。
在作为发射器工作时，电容器两端除加上了固定偏压外，还加上了信号电压（交变电压），两极间将因有相互吸引力存在而使振动膜发生振动。已充电的电容器两极间相互吸引力为：F≈εr·S·U2/d2式中：εr-相对介电常数；S-电极的相对面积；U-施加电压（信号电压）；d-电极间距离吸引力F 的大小与电压的正负无关，这种静电吸引力垂直于电极表面，故只能激发出纵波。
电容式换能器的振动膜厚度在50 微米左右时可激发出频率达10～200MHz 的纵波。常用的电容式换能器有电容式传声器、录音机上的外录话筒等，其特点是频率特性响应好，但缺点则是其保养维护要求较高（如防尘、防潮、防热等以防止膜片松弛），此外，其供电系统较复杂，需和放大器装在一起且不能使用较长的电缆，使用起来有不便之处。
除了上述几种常用的电声换能器外，还有利用驻极体材料做成的静电换能器，如驻极体传声器和驻极体耳机，其特点是不需要外加偏压。驻极体材料早期采用聚酯、聚碳酸酯等聚合物，但由于其电荷稳定性较差（特别是在潮湿环境下），现已很少使用。近年来已广泛应用了具有良好的电荷稳定性的氟塑料，如聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚三氟氯乙烯以及聚丙烯等，还有聚偏氟乙烯还用于压电驻极体。
所谓驻极体，是指如果一个材料含有永偶极矩的分子，则在强电场中把这材料缓慢地冷却时，沿电场方向的偶极子取向能被“冻结”起来，这样产生的材料称为驻极体，它是永磁性的电模拟，象永磁体一样，驻极体可以用来产生不需供给功率的效应，如性能良好的话筒。某些蜡、碳氟化合物和聚碳酸酯等可被极化而形成驻极体，如果保持在室温下，其极化状态有可能保持长达100 年之久。
此外，还有利用激光投射到薄物体表面，使它受到热冲击而发射超声波的激光-超声换能器...等等。
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