压电超声波换能器原理.doc

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1、超声波换能器一种能把高频电能转化为机械能的装置。由材料的压电效应将电信号转换为机械振动。超声波换能器是一种能量转换器件，它的功能是将输入的电功率转换成机械功率（即超声波）再传递出去，而自身消耗很少的一部分功率。超声波换能器，要解决的技术问题是设计一种作用距离大、频带宽的超声波换能器。换能器由外壳、匹配层、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出电缆和Cymbal阵列接收器组成。压电陶瓷圆盘换能器采用厚度方向极化的PZT-5压电材料制成，Cymbal阵列接收器由8～16只Cymbal换能器、两个金属圆环和橡胶垫圈组成。本发明的作用距离大于35m，频带宽度达到10kHz，能检测高速移动

2、的远距离目标。压电陶瓷超声换能器工作原理压电陶瓷是一种功能性陶瓷，所谓功能性陶瓷就是对光，电，等物理量比较敏感的陶瓷。压电陶瓷对光和压力比较敏感，对压电陶瓷施加一个外力，压电陶瓷表面会产生电荷，这就是压电陶瓷的正压电效应，是一个将机械能转化为电能的过程；对压电陶瓷外加一个电场，压电陶瓷会发生微小的形变，这就是压电陶瓷的逆压电效应，是一个将电能转化为机械能的过程。利用逆压电效应，可以把高频电压转化为高频率的振动，从而产生了超声波。超声波换能器是将电能转换成机械能（超声波）的器件，其中最成熟可靠的是以压电效应实现电能与声能相互转换的器件，称为压电换能器。这种夹心换能器在负荷变

3、化时产生稳定的超声波，是获得功率超声波驱动源的最基本最主要的方法。[1]将非电能量转换成电能量，不需要外电源，称换能器，也称有源传感器，换能器是超声波设备的核心器件，其特性参数决定整个设备的性能。现在用的超声波换能器，除了磁致伸缩结构以外就是常用的用前后盖板夹紧压电陶瓷的“朗之万”换能器，超声波就是通过换能器将高频电能转换为机械振动。换能器的特性取决与选材和制作工艺，同样尺寸外形的换能器的性能和使用寿命是千差万别的。我们主要生产大功率超声波换能器，应用与超声波塑料焊接机、超声波金属焊接机、各种手持式超声波工具、连续工作的超声波乳化均质器、雾化器、超声波雕刻机等超声波焊接设

4、备。磁致伸缩    磁致伸缩有镍片换能器和铁氧体换能器。·铁氧体换能器的电声转换效率比较低，使用一、二年后效率下降，甚至几乎丧失电声转换能力。·镍片换能器的工艺复杂，价格昂贵，所以很少使用。压电晶体最成熟可靠的是以压电效应实现电能与声能相互转换的器件，称为压电换能器。压电效应将电信号转换为机械振动。这种换能器电声转换效率高，原材料价格便宜，制作方便，也不容易老化。常用的材料有石英晶体、钛酸钡和锆钛酸铅。1.石英晶体的伸缩量太小，3000V电压才产生0.01um以下的变形。2.钛酸钡的压电效应比石英晶体大20-30倍，但效率和机械强度不如石英晶体。3.锆钛酸铅具有二者的优点

5、，可用作超声波清洗，探伤和小功率超声波加工的换能器。压电换能器的应用十分广泛，它按应用的行业分为工业、农业、交通运输、生活、医疗及军事等。按实现的作用分为超声波加工、超声波清洗、超声波探测以及超声波雾化等。编辑本段外形分类按组成换能器的压电元件形状分为薄板形,圆片形,圆环形,圆管形,圆棒形,薄壳球形,压电薄膜等;按振动模式分为伸缩振动,弯曲振动,扭转振动等;按伸缩振动的方向分为厚度,切向,纵向,径向等;按压电转换方式分为发射型(电-声转换),接收型(声-电转换),发射/接收复合型等.按工作环境分为液体,固体,气体,生物体等。