共ebc s极u i t u o t 换能器31
换能器技术PPT课件
钛酸钡压 电陶瓷
锆钛酸铅 压电陶瓷 系列(PZT)
稀土超磁致 伸缩材料
（Terfenol-D）
弛豫铁电单晶
（PMN－PT 和PZN—PT ）
如石英，1917 年，朗之万制 成第一个实用
换能器
1950s，机电转 换效率高，工作 温度宽，至今仍 是主力功能材料
1997，压电系数、机电耦合系数比通 常的锆钛酸铅压电陶瓷PZT（d33＝ 600pC/N,k33=70%）高出许多，分 别达到2000 pC/N和92％以上。其应 变量比通常的压电陶瓷高出10倍以上，
指向性圆管换能器模态分析结果
指向性圆管换能器流体中有限元模型
声场分布图
用云图表现动态位移分布
模拟静水压环境下壳体应力分布
电导纳曲线
发射电压响应曲线
优点：分析任意结构的换能器 。 结果直观、准确 ，结构优化方便有效 ，工程应用最广泛。
设计换能器必须掌握的几种计算机辅助工具
有限元分析软件 ANSYS、ATILA等,进行结构优化、电声性能预报等 科学计算软件 Matlab等，进行数值运计算。 工程制图软件 AutoCAD、SolidWorks，构画图纸进行机械加工
达到了1.7％
其他：压电聚合物（PVDF)、 压电复合材料等
C.按结构分
◆ 复合棒换能器（朗之万换能器、Tonpilz换能器）
复合棒换能器分解图
ngevin
后盖板采用重金属，前盖板采用轻金属，获取较高的前后振速比； 预应力螺栓施加预应力，可实现大功率输出； 前盖板呈喇叭形，可增加辐射面积，调节Q值。
类型
工作频率
带宽
声源级
指向性
复合棒换பைடு நூலகம்器 弯张换能器
光电型换能器完美版资料
光电管的典型结ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ是将球形玻璃壳抽成真空，在内半球面上涂一层光电材料(cáiliào)作为阴极，球心放置小球形或小环形金属作为阳极。 电子光学聚焦系统 如此电子数不断倍增 ，阳极(yángjí)最后收集到的电子可增加 104～108倍，这使光电倍增管的灵敏度比普通光电管要高得多，可用来检测微弱光信 F 号。
• 在电力系统，需要测定温度、电流等参数，如对高压变 压器和大型电机的定子、转子内的温度检测等，由于电 类传感器易受电磁场的干扰，无法在这类场合中使用， 只能用光纤传感器。
第十页，共10页。
第四页，共10页。
光电倍增(bèi zēnɡ)管
• 光电倍增管是进一步提高光电管灵敏度的 光电转换器件。管内除光电阴极和阳极 (yángjí)外，两极间还放置多个瓦形倍增电 极。使用时相邻两倍增电极间均加有电压 用来加速电子。
第五页，共10页。
光电倍增管是把微弱的光输入转换成电子
流并使电子流获得(huòdé)放大的电真空器件。
用作光电阴极的金属有碱金属、汞、金、银等，可适合不同波段的需要。
组成 使用时相邻两倍增电极间均加有电压用来加速电子。 倍增系统Dn 纤和生物敏感膜及光电换
阳极A
第六页，共10页。
• 光电阴极受光照后释放出光电子，在电场 作用下射向第一倍增电极，引起电子的二 次发射，激发出更多的电子，然后在电场 作用下飞向下一个倍增电极，又激发出更 多的电子。
超声波换能器原理
超声波换能器原理超声波换能器是一种能够将电能转化为超声波能量的装置，它在医疗、工业、生活等领域都有着广泛的应用。
超声波换能器的原理是基于压电效应，通过压电晶体的振动来产生超声波。
本文将介绍超声波换能器的原理及其应用。
超声波换能器是利用压电效应将电能转化为机械能，再将机械能转化为超声波能量的装置。
压电效应是指某些晶体在受到外力作用时会产生电荷分布不均，从而产生电势差的现象。
当外加电压施加在压电晶体上时，晶体会发生形变，产生机械振动。
这种振动会以超声波的形式传播出去。
超声波换能器通常由压电晶体、声阻抗匹配层、声透镜、保护层等部分组成。
压电晶体是超声波换能器的核心部件，它能够将电能转化为机械能，产生超声波。
声阻抗匹配层用于提高能量传输效率，减少反射损失。
声透镜用于聚焦超声波，控制超声波的传播方向和范围。
保护层则用于保护压电晶体不受外界环境的影响。
超声波换能器在医疗领域有着广泛的应用。
它可以用于超声波造影、超声波治疗、超声波手术等方面。
在超声波造影中，超声波换能器将电能转化为超声波能量，通过人体组织的不同反射特性来获取影像信息。
在超声波治疗中，超声波换能器的超声波能量可以用于治疗肿瘤、消炎止痛等。
在超声波手术中，超声波换能器可以用于切割、凝固组织，实现无创手术。
除医疗领域外，超声波换能器还在工业领域有着重要的应用。
例如超声波清洗、超声波焊接、超声波测厚等方面。
在超声波清洗中，超声波换能器的超声波能量可以将污垢从物体表面去除，实现高效清洗。
在超声波焊接中，超声波换能器可以利用超声波的振动作用将材料焊接在一起。
在超声波测厚中，超声波换能器可以利用超声波的穿透性来测量材料的厚度。
总之，超声波换能器是一种能够将电能转化为超声波能量的装置，其原理是基于压电效应。
它在医疗、工业、生活等领域都有着广泛的应用。
通过对超声波换能器原理的深入了解，我们可以更好地应用和改进这一技术，为人类的生活和工作带来更多的便利和效益。
医用超声换能器31压电效应与压电材料特性311压电效应1正
第三章医用超声换能器3.1压电效应与压电材料特性3.1.1压电效应1.正压电效应在机械力的作用下产生电场，将机械能转变为电能的效应叫正压电效应。
超声接收换能器采用了正压电效应。
2.逆压电效应由于电场作用，使材料内部产生应力，将电能转化为机械能的效应叫逆压电效应。
超声波发射换能器采用了逆压电效应。
3.1.2压电材料不同方向上所表现的压电效应，强弱和性质不同，这种特性是由压电材料内部结构的各向异性所决定的。
分类：1.压电单晶体（石英）：x,y轴为压电轴，z为光学轴，x轴又分别有三个极化轴x* 按X切割法得到的石英晶体片在两面外加交变电场时，晶体片产生厚度的压缩及伸张，即晶体片产生厚度振动。
石英的固有振动频率与其厚度有关，晶体片越薄，固有振动频率越高。
特点：优点：性能稳定。
缺点：需使用几千伏以上的高电压；要求加工精密度高；机电耦合系数（灵敏度）低。
2.压电陶瓷人工制成的压电多晶体材料。
* 电畴：自发极化方向相互趋于一致的的区域。
通常人工烧结出来的陶瓷是多畴的，材料内不出现宏观电极化，无压电性能。
* 极化处理：用大于陶瓷的矫顽电场Ec的直流电场进行一定时间的极化处理，使电畴转向，由多畴变成单畴晶体。
极化处理后，陶瓷保留一定的总体剩余极化强度，从而使陶瓷体具有压电性能。
在外加交变电场作用时，其极化量便跟随外加电场的极性周期性的变化，在宏观上形成了电致伸缩的现象。
钛酸钡是最先制造出来的人造陶瓷材料。
PZT锆钛酸铅是使用最广泛的压电陶瓷。
优点：可以制成任意形状，制作工艺简单，能在所需要的方向进行极化处理。
3.压电高分子聚合材料聚偏氟乙烯（PVF2或PVDF），分子式为（CH2-CF2)n 在垂直于高分子薄膜上加交变电场，就会引起薄膜做厚度伸缩振动。
特点：结构简单，体软量轻、成本低、适用于大量生产；力学性能较好，可制成几微米厚大面积的压电薄膜;具有较好的抗辐射性;材料弹性刚度小，机械损耗小，Qm低，适用于宽带换能器;PVDF压电薄膜的弹性刚度常数和ε值低，压电电压系数g 高，是一种良好的接收型压电振子材料；PVDF材料的声阻抗接近人体组织，容易获得良好匹配；PVDF薄膜不受潮湿和灰尘的影响，在室温条件下性能稳定。
换能器原理
换能器原理
换能器是一种能够将一种形式的能量转换成另一种形式的装置。
它通过使用物理原理将能量从一个系统转移到另一个系统。
换能器的工作原理主要基于以下几个原理：电-声转换、声-电
转换、磁-电转换、电-热转换等。
首先考虑电-声转换。
在换能器中使用的电-声转换原理是压电
效应。
压电材料由于内部存在电偶极矩，在受到外部机械压力时会产生电荷分离。
当外加电场与压电材料的极化方向一致时，压电材料会发生形变，产生声波。
接下来是声-电转换。
使用声-电转换来实现换能器功能的一个
常用原理是压电效应的逆过程，即压电材料在受到声波作用时会发生振动，形成压电势差。
这个势差可以被外部电路感知并转化为电信号。
磁-电转换是另一种常见的换能器原理。
磁-电转换是利用磁感
应效应。
当一个导体在磁场中运动时，会产生电动势。
这个原理被用来制造感应发电机，将机械能转换成电能，并被广泛应用于发电和能量收集领域。
此外，还有一些换能器原理基于电-热转换。
这些换能器使用
材料的电阻加热效应或热电效应，将电能转换为热能。
这些换能器通常用于加热器，如电热水壶和电吹风等。
综上所述，换能器利用多种物理原理将一种形式的能量转换成
另一种形式。
这些原理包括电-声转换、声-电转换、磁-电转换以及电-热转换。
通过巧妙地设计和应用这些原理，换能器在许多领域中发挥着重要作用，如声学、电子学、能源等。
换能器工作原理
换能器工作原理
换能器是一种能够将一种形式的能量转换为另一种形式的装置。
它的工作原理基于能量转换的基本原理，通过改变能量的形式来实现不同能量间的转换。
在电子领域中，换能器通常指的是能将电能转换为其他形式能量的装置。
其中最常见的是将电能转换为机械能的电动机，以及将机械能转换为电能的发电机。
电动机的工作原理是利用电流在磁场中产生力矩，从而实现旋转运动。
当电流通过电动机的线圈时，会在线圈周围产生一个磁场。
这个磁场与电动机内部的磁场相互作用，产生力矩使电动机开始旋转。
这样，电能就被转换为了机械能，实现了能量的转换。
发电机的工作原理则是相反的过程。
当发电机旋转时，机械能驱动转子转动，同时在线圈和磁场之间产生感应电动势。
这个感应电动势会使电流在线圈中流动，并且产生出电能。
这样，机械能被转换为了电能，实现了能量的转换。
除了电力领域中的换能器，还有许多其他领域中的换能器。
例如，声音换能器能将声能转换为电能，光电池能将光能转换为电能，热电换能器能将热能转换为电能等等。
这些换能器都利用不同的物理原理实现能量的转换，从而在各个领域中发挥着重要的作用。
总之，换能器通过改变能量的形式，实现了不同形式能量之间
的转换。
无论是电能转换为机械能的电动机，还是机械能转换为电能的发电机，都是以能量转换的基本原理为基础实现的。
这些换能器在各个领域中都发挥着重要的作用。
第二部分超声换能器ppt课件
– 处在工作状态下的压电体，其力学边界条件 可以有机械自由与机械夹紧两种情况，而电 学边界条件则有电学短路和电学开路两种情 况，根据不同的边界条件，选择不同的自变 量与因变量，介电损耗
电介质晶体突然受到电场作用时，极化强度并 不是一下子就达到最终值，即极化是一种弛豫 现象（极化弛豫）。
如果介质受交变电场作用，而交变频率又比较 高，就会使极化追随不及时而发生滞后，从而 引起了所谓的介质损耗，并使动态介电常数与 静态介电常数发生差异。
– 供给电介质的能量有一部分消耗在强迫固有电矩的 转动上并转变为热能而被消耗掉，
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
压电效应
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
认识到了贫困户贫困的根本原因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
压电陶瓷
压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料。
材料内部的晶粒有许多自发极化的电畴, 它有一定的极化方向, 从 而存在电场。
在无外电场作用时, 电畴在晶体中杂乱分布, 它们的极化效应被相 互抵消, 压电陶瓷内极化强度为零。因此原始的压电陶瓷呈中性, 不具有压电性质
一文读懂换能器
一文读懂换能器换能器的英文名称是transducer，用于实现不同形式的能量相互转换的仪器或器件可以通称为换能器。
例如：电能与声能转换、电能与磁能转换、电能与机械能转挨、电能与光能转换、电能与化学能转换、电能与热能转换等等，在水声领域中常把声呐换能器、水声换能器、电声换能器统称换能器。
水声换能器水声换能器是完成水下电声信号转换的器件，它是电子设备与水下信号声场间相互联系的纽带。
鉴定一部水声仪器性能的好坏，往往是首先看它的换能器性能如何。
水声换能器的分类按工作形式可分为发射换能器和接收换能器；按结构形式可分为球形换能器、圆管换能器、弯曲圆盘换能器、复合棒换能器、镶拼圆环换能器、弯张换能器、矢量水听器和光纤水听器等等；按电场性换能材料可分为压电单晶、压电陶瓷（如钛酸钡、PZT）、压电薄膜（如PVDF）、压电复合材料（如1-3压电复合材料）和弛豫型铁电单晶等等；按磁场性的换能材料可分为电动式、电磁式、磁致伸缩式、铁磁流体和超磁致伸缩稀土材料等等；其他：带有匹配层的换能器、电火花声源、MEMS水听器阵列和带有反声障板的声基阵。
声波是迄今为止人类所掌握的唯一能在海洋中远距离传递信息与传播能量的载体，由此水声换能器也被人们形象的比喻为声纳系统的“耳目”。
随着水声技术应用领域的不断拓展与延伸，在海洋资源探测开发的技术竞争、军事对抗及全面感知地球的迫切需求背景下，水声换能器技术的飞速发展成为声纳技术发展的重要前提。
水声换能器技术包含新材料、新原理、新结构和新工艺！材料技术：有源材料（压电材料和磁致伸缩材料），无源材料（吸声、反声、透声、去耦和结构）；设计技术：理论、结构和匹配设计；制作技术：加工、装配和灌封。
不同工作频率的水声换能器的应用水声换能器基阵在潜艇上的应用水声换能器的使命即是在一定频带内按规定的信号形式激发产生声波和不失真地感知与接收水中声波信号，由此换能器也被人们形象地喻为声纳系统的“耳目”。
随着水声技术应用领域的不断拓展与延伸，在海洋资源探测开发的技术竞争、军事对抗及全面感知地球的迫切需求背景下，水声换能器技术的飞速发展成为声纳技术发展的重要前提，新材料技术、精细加工技术、基础工艺技术以及数值计算分析技术等为换能器技术的快速发展提供了物质基础和技术条件。
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第3章放大电路基础
3.1 放大电路的基本知识
3.2 放大电路的基本组态
3.3 差分放大电路
3.4 功率放大电路
3.5 多级放大电路
3.1 放大电路的基本知识
一、对放大电路的观察
1. 结构组成
直流电源
信号源
负载
放大电路
传感器输出放大器输出
1个电源
喇叭电路
结构类型:共e. b. c. s 极
u i
t
u o
t
换能器
3.1 放大电路的基本知识
一、对放大电路的观察
2. 对信号源的认识
S
R
+
-S
u
恒压源
S
R
S
i
恒流源信号源
S
R
S
R
S
R
3.1
放大电路的基本知识
一、对放大电路的观察
3. 静态工作点Q 与偏置电路
与静态工作点Q 相关的器件有：R B V BB
i C
i E
i B
V BB
R B
R C
V CC
C 1
C 2
电路形式：
定基流偏置电路
分压式负反馈偏置电路
3.1 放大电路的基本知识
一、对放大电路的观察
4. 放大电路改进与典型结构
i C
i E
i B
V BB
R B
R C
V CC
C 1
C 2
R C
+V CC
C 1
C 2
R B
i
u o
u 定基流偏置电
路
3.1 放大电路的基本知识
一、对放大电路的观察
5. 多级放大与耦合方式
电容耦合方式直接耦合方式
i
u o
u 放大器1
放大器2放大器3
放大器间信号连接方式称为耦合方式。
连接处
3.1
放大电路的基本知识
二、放大电路的主要性能指标
1. 放大电路四端网络表示
i
u i
i o
i ot
u s
u o
u
3.1 放大电路的基本知识
二、放大电路的主要性能指标
3. 输入电阻i
R u
A 2. 电压放大倍数
i
o
u u u A =
s
o
us u u A =
源电压放大倍数
i
i
i i u R =
R i 的大小对信号源的影响！
通常期望输入电阻要
大
如何得到Ｒi
的值？
3.1 放大电路的基本知识
二、放大电路的主要性能指标
4. 输出电阻o
R i
u i
i o
i ot
u s
u o
u 意义：输出电阻越小，负载能力越强。
?
=o R L
o ot o R u u R ⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛-=1
3.1 放大电路的基本知识
二、放大电路的主要性能指标
5. 通频带BW
L
H f f BW -=
作业：P71： 2 3
作业问题！
a. 三极管的符号×√
b. 低频跨导的单位
m g GS D
m du di g =2
GS(th)GS DO D 1)
U u (
I -=i ms。