的线阵超声换能器]]
超声换能器（Ultrasonic transducer）是在超声波频率范围内，实现声能和电能相互转换的换能器，主要分为三类：发射器、接收器和收发两用型换能器。用来发射超声波的换能器称为发射器，当换能器处于发射状态时，将电能转换为机械能，再转换为声能；用来接收声波的换能器称为接收器，当换能器处于接收状态时，将声能转换为机械能，再转换为电能；在有些情况下，换能器既可用作发射器，又可用作接收器，称为收发两用型换能器。它是超声技术的核心内容和关键技术之一，广泛应用于无损检测、医学影像、超声显微镜、指纹识别及物联网等领域。
与雷达、声纳类似，超声换能器多用于利用回波信号评估目标物体的系统，通过测量超声信号收发的时间间隔，可以确定目标物体与换能器间的距离。被动式超声传感器实际上就是检测超声波信号的麦克风。按照实现超声换能器机电转换的物理效应的不同，可将换能器分为电动式、电磁式、磁致伸缩式、压电式和电致伸缩式等。目前理论研究和实际应用最为广泛的是压电超声换能器。
通常发射换能器工作频率等于其本身的谐振基频以获得最佳工作状态。被动式接收换能器的工作频率为一较宽频带，同时要求换能器自身的谐振基频比频带的最高频率高，以保证换能器有平坦的接收响应。但随着PZT材料的广泛应用，磁致伸缩材料几乎被取代。因为功率要求不大时，压电换能器具有结构简单、性能稳定及成本低廉等优点。
随着超声技术的发展，气体中的超声技术应用越来越广。空气耦合式超声换能器（气介超声换能器）也受到了人们的普遍重视。传统的压电换能器和磁致伸缩换能器因为阻抗匹配差，发射效率低的问题，不太适合气介超声的应用。微机械超声换能器由于具有频率高，机械阻抗低，从而有较好的耦合效果，在气体中的超声检测等技术中获得了广泛的应用。
超声换能器具有一定的方向特性。对发射换能器而言其方向特性曲线决定了发射声能的集中程度；对接收换能器而言，方向特性曲线的尖锐程度决定了探索空间方向角的范围。超声换能器的方向特性也直接关系到超声设备的作用距离。
微机械超声换能器
微机械超声换能器（Micromachined Ultrasonic Transducer, MUT）是基于薄板翘曲振动的换能器，根据驱动机制的不同，分为压电式微机械超声换能器（piezoelectric-MUT, pMUT），与电容式微机械超声换能器（capacitive-MUT, cMUT）。因为微机械超声换能器通过MEMS工艺制备，从而与集成电路有较大的工艺兼容性，因而是微型化超声系统最佳的实现方案，可以实现大规模的制备和封装，应用在指纹识别、空气测距、导管超声及便携式超声等领域。
叉指换能器
叉指换能器（Interdigital Transducer, IDT）是在压电基片上用真空蒸发淀积一层金属薄膜，再用光刻方法得到两个互相间隔形似叉指的梳形电极，制成用来激发和接收声表面波的换能器。IDT电声转换损耗低，设计灵活且制造工艺简单，容易工作在0.5-3 GHz的频率范围内，已成为激发与检测声表面波的主要技术，成为声表面波器件和传感器的基本组成部分，得到广泛应用。
应用
超声应用覆盖了非常广的频率范围。通常，超声波被定义为超过可听频率的声波，但也有一定应用工作在20 kHz以下。在一部分声纳系统中，频率选定在数千赫兹以减少衰减。百赫兹的声波在海洋声学中用于全球层析成像；40 kHz的超声往往被用于物体检测，这主要是受声波衰减限制的检测范围与频率决定的分辨率之间的折衷；对于传统医疗检测，超声波的频率范围处于2 MHz - 20 MHz之间；兆赫兹的声波一般用于金属物体的超声探伤。在固体材料的检测中，横波与纵波都有用到；超声显微镜对于分析微电子器件非常有用，频率通常在100 MHz – 1 GHz间，使得空间分辨率接近光学显微镜。对于1 GHz以上更高的频率，有时被用于材料表征和科学研究领域；15 kHz – 100 kHz的振动系统也多用于传统的功率超声应用，如机械加工、焊接和清洁；也有超声清洁器工作在兆赫兹，用于硅晶圆与电子设备的清洁。此外，更高的频率上也探索了超声焊接的应用，用于引线键合与塑料焊接，从而解决集成电路小型化的瓶颈。诸如滤波器、传感器和驱动器等，多覆盖20 kHz – GHz，取决于换能器的结构和应用。
参考资料
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