第二章超声波探伤仪、探头及试块
第二节超声波探头
一、压电效应和压电材料超声波探伤是利用超声波探头实现电气转换的，所以，超声波探
头也叫超声波换能器，其电声转换是可逆的，且转换时间极短，可以忽略不计。根据产生超声波和电声转换方式的不同，可有多种不同类型的超声波换能器，这些电声转换方式有：利用某些金属铁磁性材料在交变磁场中的磁致伸缩，产生和接收超声波：利用电磁感应原理产生电磁超声以及利用机械振动、热效应和静电法等都能产生和接收超声波。目前用得最多的是以利用压电效应原理制成的压电材料超声换能器。
1压电材料的压电效应某些单晶体和多晶体陶瓷材料在应力压缩力和拉伸力作用下产生应变时引起晶体电荷不对称分配，异种电荷向正反两面集中，材料的晶体中就产生电场和极化，这种效应称为正压电效应。相反，当已极化的压电材料处于交变电场中时，由于极化作用的影响，在晶体中就会产生压缩或拉伸的应力和应变，这种效应称为逆压电效应，见图215所示。
图215压电材料的压电效应
正、逆压电效应统称压电效应，它是一种互相可逆的物理效应，具有压电效应的材料叫压电材料，压电性是压电材料的特性。
石英是典型的压电单晶材料，沿X轴切割，并在X方向施加外力时，则在垂直于X轴的二个面上将产生等值异种电荷、晶体内即形成电场。反之，晶体二个面上加以交变电场，则在其X轴方向上就会产生伸缩变形，从而产生和接收传播方向与施力方向一致的纵波。图216为沿X轴切割的石英晶片。
压电陶瓷属多晶压电材料经人工烧结成型，它的压电效应机理与石英有所不同。压电陶瓷必须先进行极化处理，然后才会具有压电性。这是因为组成压电陶瓷的铁电体在末极化时铁电体内的电畴与铁磁体中磁畴类同各自具有一定的自发极化和本身的电场方向、分布杂乱无章，只有对这种材料施加较强的外电场，才能使电畴发生转动，并趋于与外电场方向一致，见图217所示。
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f图216沿X轴切割的石英晶片图217压电陶瓷材料的电畴分布
当外加极化电极除去以后，将与永久磁铁的剩磁相仿，电畴方向
也基本保持不变，而且成为很强的剩余极化；这种极化的晶体在交变
电场作用下会产生电致伸缩变形，同时也会把伸缩变形变为电能输
出；这样，压电陶瓷也具有了压电性。只有当温度达到居里点或施以
强烈打击时，压电性才会消失。
当发射脉冲的交变电场方向与极化方向平行时，压电陶瓷就r