超聲波探頭（ultrasonic sensor），別名為超聲波傳感器、超聲波換能器，是能感受超聲波并轉換成可用輸出信號的傳感器。即利用超聲波在媒質中的傳播特性進行測量的傳感器。
超聲波是一種人耳聽不見的機械波，頻率在20千赫以上，波長較短，繞射小，能夠成為射線而定向傳播。為了將超聲波作為檢測手段，必須產生超聲波和接收超聲波，完成這種功能的裝置就是超聲波探頭。探頭根據波形不同，可分為縱波探頭、橫波探頭、表面波探頭等。探頭由于其結構的不同可分為直探頭、斜探頭、表面波探頭、蘭姆波探頭、可變角探頭（縱波、橫波、表面波、蘭姆波）、雙探頭、聚焦探頭、水浸探頭以及其它專用探頭等。
超聲波探頭的應用在于利用超聲波探傷、測距、測物，如利用裝有超聲波探頭的檢測機器人對輸油管進行檢測，利用超聲波探頭的倒車雷達，利用超聲波探頭制成的魚群探測器。
超聲檢測始于人類對聲吶的研究與應用。聲吶通過發射聲波和接收回波來探測水中物體。1929～1931年，蘇聯和德國科學家提出了利用超聲波進行無損檢測的可能性。1940年，美國科學家發明了第一套具有實用價值的超聲檢測方法與儀器。
簡史
超聲檢測始于人類對聲吶的研究與應用。聲吶通過發射聲波和接收回波來探測水中物體。1929～1931年，蘇聯和德國科學家提出了利用超聲波進行無損檢測的可能性。1940年，美國科學家發明了第一套具有實用價值的超聲檢測方法與儀器。20世紀50年代，超聲波的醫學診斷能力開始快速發展。到了60年代，小型超聲波檢測儀的出現，使得超聲檢測技術在工業上得到了廣泛應用。隨著計算機技術的進步，超聲檢測設備在工業、醫學及高技術產業中不斷發展完善，向著智能化、小型化的方向發展。
功能原理
在彈性介質中傳播且頻率高于20?000赫茲的機械波稱為超聲波。大多數超聲檢測所采用的檢測頻率范圍為0.1～25兆赫茲。這種機械波在被測物中能沿單射方向以一定的速度傳播，當遇到聲阻抗不同的界面（如缺陷、被測物邊界等）會產生反射、折射、散射、透射和波形轉換等現象。通過分析研究這些現象，可以對被測物進行檢測與評價。超聲檢測原理如圖所示。
結構
超聲波探頭由聲波發送器、聲波接收器、控制部分與電源部分組成。聲波發送器由發送器與陶瓷振子換能器組成，換能器的作用是將陶瓷振子的電振動能量轉換成超聲能量并向空中輻射；而聲波接收器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收聲波產生機械振動，將其變換成電能量，作為接收器的輸出，從而對發送的超聲進行檢測。實際使用中，用作聲波發送器的陶瓷振子也可以用作聲波接收器的陶瓷振子。控制部分主要對發送器發出的脈沖頻率、占空比、稀疏調制和計數等進行控制。
主要分類
按波形分類
探頭的種類很多，根據波形不同，可分為縱波探頭、橫波探頭、表面波探頭等。根據耦合方式分為接觸式探頭和液（水）浸探頭。根據波束分為聚焦探頭與非聚焦探頭。根據晶片數量不同又分為單晶單頭、雙晶探頭等。此外還有高溫探頭、微型探頭等特殊用途的探頭。
按結構分類
探頭由于其結構的不同可分為直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、可變角探頭（縱波、橫波、表面波、蘭姆波）、雙探頭（一個探頭發射，另一個探頭接收）、聚焦探頭（將聲波聚集為一細束）、水浸探頭（可浸在液體中）以及其它專用探頭（如探高壓瓷瓶的S型或扁平探頭或探人體用的醫用探頭）等。
直探頭
直探頭直探頭也稱平探頭，可發射及接受縱波。直探頭主要由壓電晶片、阻尼塊（吸收塊）及保護膜組成。（1）壓電晶片壓電晶片的厚度與超聲頻率成反比。例如鋯鈦酸鉛（PZT-5）的頻率厚度常數為1890千赫/毫米，晶片厚度為1毫米時，自然頻率為1.89兆赫，厚度為0.7毫米時，自然頻率約2.5兆赫。壓電晶片的直徑與擴散角成反比。壓電晶片兩面敷有銀層，作為導電的極板，晶片底面接地線，晶片上面接導線引至電路上。（2）保護膜直探頭為避免晶片與工件直接接觸而磨損晶片，在晶片下粘合一層保護膜，有軟性保護和硬性保護兩種。軟性的可用塑料薄膜（厚約0.3毫米），與表面粗糙的工件接觸較好。硬性可用不銹鋼片或陶瓷片。保護膜的厚度為二分之一波長的整數倍，聲波穿透率最大。厚度為四分之一波長的奇數倍時，穿透率最小。晶片與保護膜粘合后，探頭的諧振頻率將降低。保護膜與晶片粘合時，粘合層應盡可能的薄，不得滲入空氣。粘合劑的配方為618ep：二乙烯三胺：鄰苯二甲酸二丁酯=100：8：10粘合后加一定的壓力，放置24小時，再在60℃~80℃溫度下烘干4小時。（3）阻尼塊阻尼塊又名吸收塊，其作用為降低降低晶片的機械品質系數，吸收聲能量。如果沒有阻尼塊，電振蕩脈沖停止時，壓電晶片因慣性作用，仍繼續振動，加長了超聲波的脈沖寬度，使盲區增大，分辨力差。吸收塊的聲阻抗等于晶片的聲阻抗時，效果最佳，常用的吸收快配方如下鎢粉：環氧樹脂：二乙烯三胺（硬化劑）：鄰苯二甲酸二丁酯（fe5）=35克：10克：0.5克：1克為使晶片和阻尼塊粘合良好，在灌澆前先用丙酮清洗晶片和晶片座表面，并加熱至60℃~80℃再行灌澆。ep和鎢粉應充分混合均勻。灌澆后把探頭傾斜，使阻尼塊上表面傾斜20°左右，這樣可消除聲波在吸收塊上的發射，使熒光屏上雜波減少。
斜探頭
斜探頭超聲波探傷儀斜探頭可發射及接收橫波。斜探頭主要由壓電晶片、阻尼塊和斜楔塊組成。晶片產生縱波，經斜楔傾斜入射到被測工件中，轉換為橫波。斜楔為有機玻璃，被測工件為鋼，斜探頭的角度（即入射角）在28°~61°之間時，在鋼中可產生橫波。斜楔的形狀應使聲波在斜楔中傳播時不得返回晶片，以免出現雜波。直探頭在液體中傾斜單射工件時，也能產生橫波。
聚焦探頭
聚焦探頭可將超聲波聚集成一細束（線狀或點狀），在焦點處聲能集中，可提高探傷靈敏度及分辨力。聚焦探頭多用于液浸法自動化探傷。探頭發射縱波，但在液體中傾斜入射到工件時，由于入射角的不同，在工件中可產生橫波、表面波或蘭姆波，根據需要而定。超聲聚焦有二種方法：一種是將壓電晶片做成凹面，發射的聲波直接聚焦，另一種是用聲透鏡的方法將聲波聚焦。前者因燒結成型較困難且曲率半徑不易保證，目前多用后者。
雙探頭
雙探頭超聲波探傷儀雙探頭又稱組合探頭，兩塊壓電晶片裝在一個探頭架內，一個晶片發射，另一個接收。雙探頭發射及接收縱波，晶片下的延遲塊使聲波延遲一段時間后射入工件，這樣可探測近表面的缺陷并可提高分辨力。兩塊晶片有一轉軸傾角（一般約3°~18°），兩晶片聲場重合部分（陰影部分），是探傷靈敏度較高的部位。
其他
表面探頭波可發射和接收表面波。表面波探頭是斜探頭的一個特例。當入射角增大到某一角度，使在工件中橫波的折射角為90°時，在工件中可產生表面波，直探頭在液體中傾斜入射工件時，也能產生表面波。蘭姆波探頭可發射和接收蘭姆波，也是斜探頭的一個特例。當入射角達到一定角度時，在工件中產生蘭姆波，直探頭在液體中傾斜入射工件時，也能產生蘭姆波。可變角探頭可變角探頭可連續改變入射角，以產生縱波，橫波，表面波和蘭姆波。壓電晶片固定在半圓楔塊上，半圓楔快又置于大楔塊的圓洞內，空隙處注有油，以作導聲耦合劑。半圓楔塊轉動時，入射角即改變。水浸探頭可在水中探傷，其結構與直探頭相似，只是探頭較長，以便浸在水中，保護膜也可去掉。
主要特點
其優點為：穿透能力強，可以檢測內部較深的缺陷。靈敏度高，可以檢測微小缺陷。對人體無害，對周邊設備或材料幾乎沒有影響。相較于其他無損檢測方法，可對缺陷的深度進行精確測量。適用范圍廣，可對多數金屬或非金屬材料進行檢測。檢測儀器便攜、自動化程度高，可對待測構件進行現場測量。
其缺點為：需要一定經驗的技術人員進行檢測和判斷檢測結果。對待測構件表面的光潔度有一定的要求。接觸式檢測需要耦合劑，檢測復雜結構時難度較大。
應用領域
超聲波探頭的應用在于利用超聲波探傷、測距、測物，如利用裝有超聲波探頭的檢測機器人對輸油管進行檢測，利用超聲波探頭的倒車雷達，利用超聲波探頭制成的魚群探測器。
在醫學上的應用主要是診斷疾病，超聲波診斷的優點是檢查時受檢者無痛苦、無損害，方法簡便，顯像清晰，診斷的準確率高等。在工業上的應用主要是測量流體流速、材料厚度和探傷等。特點是不影響被測物的狀態和價格較低。可以對集裝箱狀態進行探測。將超聲波探頭安裝在塑料容體罐或塑料粒料室頂部，向集裝箱內部發出聲波，據此分析集裝箱的狀態，如滿、空或半滿等。可用于檢測透明物體、液體，任何表面粗糙、光滑、對光密致的材料和不規則物體。但不適用于室外、酷熱環境或壓力罐以及泡沫物體。可以應用于食品加工廠塑料包裝檢測的閉環控制系統。配合新的技術可在潮濕環境如洗瓶機、噪聲環境、溫度劇烈變化環境等進行探測。可用于探測液位、探測透明物體和不透明物位置；流程監控，以提高產品質量；檢測產品缺陷等；超聲波接近傳感器能應用于機器人防撞，以及防盜報警等相關領域。
發展趨勢
在未來的超聲波探頭應用中，將與信息技術、新材料技術結合起來，出現更多的智能化、高靈敏度的超聲波探頭。
材質和工藝
普通超聲波探頭采用壓電晶片加阻尼吸聲材料封裝后制成，發射的超聲波集中于某一角度之內。晶片附近除主聲束外，還有數個副聲束，而且主聲束軸線上的聲壓是起伏變化的，出現幾個極大值，該區域稱為近場區。近場區不適合于檢測。近場區以外為遠場區。在遠場區中，聲束軸線上的聲壓隨至探頭的距離增加而單調變化。采用聲透鏡或球面晶片可會聚聲束，制成聚焦探頭。
技術指標
超聲波檢測最重要的兩項技術指標是檢測靈敏度和缺陷分辨率。檢測靈敏度指在特定的儀器和探頭的條件下，可發現的最小缺陷尺寸；缺陷分辨率指儀器和探頭組合可區分開相鄰兩個缺陷的能力。
標準規范
2012年5月24日，行業標準《無損檢測儀器超聲波探頭型號命名方法》發布，2012年11月1日實施。該標準由全國試驗機標準化技術委員會歸口上報，主管部門為工業和信息化部，主要起草單位為常州超聲電子有限公司、廣東汕頭超聲電力股份有限公司等，主要起草人為肖瀟、詹俊生等。
2021年5月28日，行業標準《鐵路無損檢測材料第3部分：超聲波檢測探頭》發布，2021年12月1日實施。該標準由中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司歸口上報，主管部門為國家鐵路局，主要起草單位為中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司、中車太原機車車輛有限公司、中國鐵路武漢局集團有限公司、中車長客股份公司客車股份有限公司、中車戚墅堰機車有限公司、中車南京浦鎮車輛有限公司，主要起草人為賈敏、萬升云、章文顯、易雙清、程志義、沈科、謝寧、桑勁鵬、任好娟、陳翠麗。
參考資料 >
超聲波傳感器.中國大百科全書.2025-04-13
超聲波檢測.中國大百科全書.2025-04-13
超聲波檢測法.中國大百科全書.2025-04-13
超聲探頭與超聲設備的介紹.廣州多浦樂電子科技股份有限公司.2025-04-21
超聲檢測.中國大百科全書.2025-04-13
無損檢測儀器 超聲波探頭型號命名方法.全國標準信息公共服務平臺.2025-04-13
鐵路無損檢測材料 第3部分：超聲波檢測探頭.全國標準信息公共服務平臺.2025-04-13