探傷用的超聲波是一種頻率高達幾百到上千千赫甚至到幾萬千赫的高頻脈沖彈性波，超聲波換能器是一種可逆的聲電轉換元件，在探傷中起到發射與接收高頻脈沖彈性波的作用。
1. 超聲波換能器的基(ji)本構造
超聲波(bo)換能器(qi)由壓(ya)電晶片(pian)、保護膜(mo)、吸收塊和外殼等組成。
a. 壓電晶片
壓電(dian)晶片(pian)(pian)具有(you)壓電(dian)效應(ying)，它的(de)作用(yong)是發射(she)和接(jie)收超聲波，實現電(dian)能(neng)與聲能(neng)的(de)轉換(huan)。由壓電(dian)材料制成，分為(wei)單晶與雙晶。晶片(pian)(pian)的(de)兩個表面都有(you)銀層作為(wei)電(dian)極，“一”極引出的(de)導線接(jie)發射(she)端，“＋”極接(jie)地。常見壓電(dian)材料與探頭代號見表3.2。
b. 保護膜
保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)(hu)膜(mo)的(de)(de)(de)基本功能(neng)是保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)(hu)壓電晶片不(bu)致磨損(sun)。保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)(hu)膜(mo)分為硬、軟兩類。硬保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)(hu)膜(mo)主要用于對表(biao)面(mian)光潔(jie)度(du)(du)較高、表(biao)面(mian)平整工件進行檢(jian)測。硬保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)(hu)膜(mo)被用于粗糙表(biao)面(mian)檢(jian)測時，聲(sheng)(sheng)(sheng)能(neng)的(de)(de)(de)損(sun)失(shi)達20~30 dB.軟保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)(hu)膜(mo)可用于表(biao)面(mian)光潔(jie)度(du)(du)較低或有一定曲(qu)率的(de)(de)(de)工件探(tan)傷。軟保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)(hu)膜(mo)通常含(han)有聚氨酯軟塑料等，因(yin)此(ci)可以改善(shan)聲(sheng)(sheng)(sheng)能(neng)耦合，提高聲(sheng)(sheng)(sheng)能(neng)傳遞效率，并且檢(jian)測結果的(de)(de)(de)重復性好(hao)，磨損(sun)后易于更換。軟保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)(hu)膜(mo)對聲(sheng)(sheng)(sheng)能(neng)的(de)(de)(de)損(sun)失(shi)為6~7dB.保(bao)(bao)(bao)護(hu)(hu)(hu)(hu)膜(mo)材料應耐(nai)磨，衰減小，厚度(du)(du)適當。
c. 吸收塊
吸(xi)收(shou)(shou)塊附(fu)著在壓電(dian)晶片上，對壓電(dian)晶片的震動進(jin)行阻(zu)(zu)尼，故又稱(cheng)阻(zu)(zu)尼塊。由于(yu)晶片共振周期過大會導致脈(mo)沖變寬、盲區增大、因此，使(shi)用阻(zu)(zu)尼塊會使(shi)得晶片起振后(hou)盡(jin)快地停(ting)下來，從(cong)而使(shi)得脈(mo)沖寬度變小，分辨率提(ti)高。吸(xi)收(shou)(shou)塊的聲(sheng)阻(zu)(zu)抗應該盡(jin)量接(jie)近壓電(dian)晶片的聲(sheng)阻(zu)(zu)抗。
d. 外殼
由金屬或者塑料制成，并裝有小電纜連接器插(cha)頭(tou)。主(zhu)要作用就是保護以上(shang)探頭(tou)組成部分。
2. 幾種常用(yong)的超聲波換能器
圖3.4為(wei)換能器的(de)基本構(gou)造。超聲波(bo)探(tan)(tan)(tan)傷采用多種探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)形(xing)狀，根據不同(tong)(tong)的(de)波(bo)形(xing)可分為(wei)縱波(bo)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)、橫波(bo)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)、表(biao)面波(bo)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)等。根據耦(ou)合方式(shi)的(de)不同(tong)(tong)進(jin)行分類：接觸式(shi)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)和液浸式(shi)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。根據波(bo)束的(de)不同(tong)(tong)分為(wei)聚焦探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)和非聚焦探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。根據晶片的(de)數量，可分為(wei)單(dan)晶探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)與雙晶探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。此外還有根據實(shi)際生產需要所發明的(de)高溫探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)，微型探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)等特殊探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。下面簡單(dan)介紹(shao)幾種常(chang)用的(de)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)(tou)。
a. 直(zhi)探頭（縱波探頭）
直(zhi)探(tan)頭用(yong)于(yu)發射(she)和接受縱(zong)波，所以(yi)又(you)稱為縱(zong)波探(tan)頭。直(zhi)探(tan)頭主要(yao)用(yong)于(yu)與探(tan)測平面平行(xing)的缺陷探(tan)測，如(ru)鋼板。
b. 斜探頭（橫波探頭）
使聲束通(tong)過斜楔塊與工(gong)件表面成一定角度射(she)(she)入工(gong)件的探(tan)頭(tou)稱為斜探(tan)頭(tou)。它可(ke)以發(fa)射(she)(she)和接(jie)收(shou)橫波，因此(ci)又稱為橫波探(tan)頭(tou)。主要用于檢(jian)測(ce)(ce)焊(han)縫、鋼管等與檢(jian)測(ce)(ce)表面垂直或成一定角度的缺(que)陷。
c. 雙(shuang)晶探(tan)頭（分割探(tan)頭）
雙晶(jing)(jing)探(tan)頭(tou)(tou)有(you)兩(liang)塊壓電晶(jing)(jing)片(pian)，一(yi)個用來(lai)發射(she)超聲波(bo)(bo)，另一(yi)個用來(lai)接收(shou)超聲波(bo)(bo)。根據人射(she)角aL不同(tong)，分為雙晶(jing)(jing)縱波(bo)(bo)探(tan)頭(tou)(tou)（aL<aI)和(he)雙晶(jing)(jing)橫波(bo)(bo)探(tan)頭(tou)(tou)（aL=aI~aII).雙晶(jing)(jing)探(tan)頭(tou)(tou)基本構造如(ru)圖3.5所示。
d. 聚焦(jiao)探頭
超聲(sheng)(sheng)波聚(ju)焦(jiao)探(tan)(tan)頭是把(ba)壓電晶片（換能(neng)器）產生的(de)超聲(sheng)(sheng)波能(neng)量(liang)聚(ju)焦(jiao)成一條線狀或一個點(dian)狀的(de)超聲(sheng)(sheng)束。在(zai)焦(jiao)點(dian)處(chu)，聲(sheng)(sheng)波能(neng)量(liang)集中，提(ti)高了探(tan)(tan)傷(shang)的(de)靈敏度和分辨率。它適合用于小(xiao)直徑圓棒、管材的(de)探(tan)(tan)傷(shang)。并在(zai)冶金、航空(kong)等工業部門的(de)應用也頗為廣泛。聚(ju)焦(jiao)式探(tan)(tan)頭構造組成如(ru)圖(tu)3.6所示。
根據聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)原理，聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探頭(tou)可(ke)分(fen)(fen)為點聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)和(he)線聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探頭(tou)。點聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)的理想焦(jiao)(jiao)(jiao)點是聲(sheng)透(tou)鏡(jing)為球面(mian)的一(yi)點，線聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)的理想焦(jiao)(jiao)(jiao)點是聲(sheng)透(tou)鏡(jing)為圓(yuan)柱體的直(zhi)(zhi)線。根據耦(ou)(ou)合條(tiao)件的不(bu)同(tong)，可(ke)分(fen)(fen)為水(shui)(shui)浸聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)和(he)接(jie)(jie)觸聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)，水(shui)(shui)浸聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)以水(shui)(shui)為介質進行耦(ou)(ou)合，探頭(tou)與(yu)工(gong)件不(bu)直(zhi)(zhi)接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸。接(jie)(jie)觸聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)是探頭(tou)與(yu)工(gong)件通過薄層耦(ou)(ou)合介質接(jie)(jie)觸。按接(jie)(jie)觸聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)方式不(bu)同(tong)又(you)分(fen)(fen)為透(tou)鏡(jing)式聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探頭(tou)、反射式聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探頭(tou)和(he)曲面(mian)晶片式聚(ju)(ju)焦(jiao)(jiao)(jiao)探頭(tou)。
