超声波换能器工作原理
超声波换能器原理知识大普及
超声波换能器原理知识大普及在对超声波焊接机、超声波清洗机等设备的了解过程中，都会看到超声波换能器的身影，那么超声波换能器究竟是个什么设备呢?它主要完成哪些功能呢?又是利用什么原理来完成的呢?接下来就让小编带您一探究竟！一、超声波换能器简介超声波换能器，英文名称为Ultrasonictransducer，是一种将高频电能转换为机械能的能量转换器件。
其常被用于超声波清洗机、超声波焊接机、三氯机、气相机等设备中，在农业、工业、生活、交通运输、军事、医疗等领域内都得到了广泛的应用。
超声波换能器二、超声波换能器结构超声波换能器主要包括外壳、声窗(匹配层)、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出电缆、Cymbal阵列接收器等几大部分构成。
其中，压电陶瓷圆盘换能器起到的作用和一般的换能器相同，主要用于发射并接受超声波;而在压电陶瓷圆盘换能器的上面是Cymbal阵列接收器，主要由引出电缆、Cymbal换能器、金属圆环和橡胶垫圈组成，用作超声波接收器，接受压电陶瓷圆盘换能器频带外产生的多普勒回拨信号。
超声波换能器结构三、超声波换能器原理超声波换能器，其实就是频率与其谐振频率相同的压电陶瓷，利用的是材料的压电效应将电能转换为机械振动。
一般情况下，先由超声波发生器产生超声波，经超声波换能器将其转换为机械振动，再经超声波导出装置、超声波接收装置便可产生超声波。
超声波换能器原理四、超声波换能器应用(1)超声波清洗机利用超声波在清洗液中不断地进行传播来清洗物体上的污垢，其超声波振动频率便是由超声波换能器决定的，可根据清洗物来设定不同的频率以达到清洗的目的。
(2)超声波焊接机利用超声波换能器产生超声波振动，振动产生摩擦使得焊区局部熔化进而接合在一起。
(3)超声波马达中并不含有超声波换能器，只是将其定子近似为换能器，利用逆压电效应产生超声波振动，通过定子与转子的摩擦进而带动转子转动。
(4)超声波减肥利用超声波换能器产生机械振动，将脂肪细胞振碎并排出体外，进而达到减肥的效果。
超声波换能器工作原理
2、超声波换能器的工作原理(1)超声波换能器：一种能把高频电能转化为机械能的一种装置，一般有磁致伸缩式和压电陶瓷式。
电源输出到超声波发生器，再到超声波换能器，一般还要经过超声波导出、接收装置就可以产生超声波了。
(2) 超声波换能器的组成：包括外壳、匹配层即声窗、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出电缆，其特征在于它还包括阵列接收器，它由引出电缆、换能器、金属圆环、橡胶垫圈组成。
(3)超声波换能器的原理与作用：超声波换能器即是谐振于超声频率的压电陶瓷，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，面它自身消耗很少的一部分功率。
超声波换能器的种类：可分为压电换能器、夹心换能器、柱型换能器、倒喇叭型换能器等等。
40kHZ超声波发射/接收电路综述40kHZ超声波发射电路(1)40kHZ超声波发射电路之一，由F1~F3三门振荡器在F3的输出为40kHZ方波，工作频率主要由C1、R1和RP决定，用RP可调电阻来调节频率。
F3的输出激励换能器T40-16的一端和反向器F4，F4输出激励换能器T40-16的另一端，因此，加入F4使激励电压提高了一倍。
电容C3、C2平衡F3和F4的输出，使波形稳定。
电路中反向器F1~F4用CC4069六反向器中的四个反向器，剩余两个不用（输入端应接地）。
电源用9V叠层电池。
测量F3输出频率应为40kHZ±2kHZ，否则应调节RP。
发射超声波信号大于8m。
40kHZ超声波发射电路(2)40kHZ超声波发射电路之二，电路中晶体管VT1、VT2组成强反馈稳频振荡器，振荡频率等于超声波换能器T40-16的共振频率。
T40-16是反馈耦合元件，对于电路来说又是输出换能器。
T40-16两端的振荡波形近似于方波，电压振幅接近电源电压。
S是电源开关，按一下S，便能驱动T40-16发射出一串40kHZ超声波信号。
超声波清洗机的换能器原理
超声波清洗机的换能器原理超声波清洗机是一种利用超声波技术进行清洗的设备，其核心部件是换能器。
换能器是将电能转化为机械振动能的装置，它在超声波清洗机中起到了至关重要的作用。
换能器的原理是基于压电效应。
压电效应是指某些晶体在受到机械应力作用时，会产生电荷分离，从而形成电压。
根据这个原理，换能器利用压电材料的特性，将电能转化为机械振动能。
换能器一般由压电陶瓷材料和金属材料组成。
压电陶瓷材料具有良好的压电效应，而金属材料则用于支撑和导电。
在换能器中，压电陶瓷材料被夹在两个金属片之间，形成一个夹层结构。
当外加交流电源施加在夹层结构上时，电场的变化会导致压电陶瓷材料的体积发生微小的变化。
由于夹层结构的限制，这种微小的变化只能以机械振动的形式传递出来。
换能器的振动频率与外加交流电源的频率相同，一般为20kHz至100kHz。
在超声波清洗机中，换能器的振动能够产生超声波。
当交流电源施加在换能器上时，压电陶瓷材料的振动会传导到清洗液中，产生一系列的压力波。
这些压力波会在清洗液中形成高频振动，产生微小的气泡。
这些微小气泡在清洗液中迅速生长和破裂，产生大量的冲击波和涡流。
这些冲击波和涡流能够将污垢和污染物从清洗物体的表面剥离，并将其悬浮在清洗液中。
同时，超声波的震荡作用还可以通过物理和化学效应去除污垢和杀灭微生物。
超声波清洗机的换能器原理使其具有很多优点。
首先，超声波清洗机可以在不使用化学溶剂的情况下实现高效的清洗效果。
其次，超声波可以穿透到微小孔隙和角落，清洗效果更加全面。
此外，超声波清洗机可以在不损坏清洗物体的情况下去除顽固的污垢和油脂。
然而，超声波清洗机的换能器原理也存在一些限制。
首先，超声波的传播距离有限，因此清洗物体的尺寸和形状需要适应清洗机的规格。
其次，超声波的能量密度较高，对某些材料可能会产生损伤。
此外，超声波的清洗效果也受到清洗液的影响，不同的清洗液对不同的污染物有不同的清洗效果。
超声波清洗机的换能器原理是利用压电效应将电能转化为机械振动能，从而产生超声波进行清洗。
医用超声波发生器的换能器原理
医用超声波发生器的换能器原理医用超声波发生器的换能器原理是将外加的能量转换为超声波。
它是一种物理装置，能够将电能或其他形式的能量转换为高频声波能量。
这些高频声波能够通过特定的介质传播，并在目标物体上产生特定的作用。
换能器的作用有：将电能转换为超声能量；使超声能量具有高的放射性能；可以控制超声波的频率和幅度。
换能器的工作原理是将电能转换成超声能量。
具体来说，换能器是通过一个封装好的密封桶中的传感器把电信号转换成机械振动，然后产生超声波。
传感器可以是压电式、磁式或电磁式，但最常用的是压电式传感器。
压电式传感器内部有一个压电片，当外界施加电压时，压电片就会发生振动，这些振动就可以产生超声波。
换能器的结构一般有三部分：壳体、换能器元件和支撑结构。
壳体是外壳，用来封装换能器元件和支撑结构，一般是金属或塑料制成。
换能器元件包括传感器、振子、悬挂结构和线圈等，它们负责将电能转换成机械振动，从而产生超声波。
支撑结构用来支撑换能器元件，它一般是金属或塑料制成的，也可以是水环或空气环。
换能器的放射性是决定超声治疗效果的关键因素之一。
一般来说，换能器的放射性越高，超声治疗效果越显著。
换能器的放射性取决于换能器元件的材料、结构、尺寸及悬挂结构等。
放射性良好的换能器能够有效地将外加的能量转换成超声能量，使超声波在目标物体上产生有效的作用。
换能器还可以控制超声波的频率和幅度。
频率决定了超声波的波形，幅度决定了超声波的强度，换能器可以控制这两个参数，从而控制超声波在目标物体上的作用。
总之，医用超声波发生器的换能器原理是通过将电能转换成超声能量，并控制超声波的频率和幅度来实现的。
它是医疗超声治疗的关键部件，可以大大提高超声治疗的效果。
超声波换能器工作原理
超声波换能器工作原理
超声波换能器是一种将电能转化为声能的器件。
其工作原理基于压电效应和逆压电效应。
压电效应指的是当某些晶体在受到外加电压的作用下，会发生形变或产生电荷，这种晶体被称为压电晶体。
例如，一些合成的晶体材料，如钛酸铅（PZT），在受到压力变化时，会在晶
格中产生电荷。
通过将电压施加在压电晶体上，可以引起晶体的形变。
逆压电效应是指压电晶体在受到外力（声波）作用下会发生电荷的变化。
当声波传播到压电晶体上时，晶体会产生变形，从而在晶格中产生电荷。
这个电荷可以被采集和测量。
基于以上原理，超声波换能器通过将电压施加在压电晶体上，引起晶体的形变。
当外界传来声波时，压电晶体会产生电荷的变化。
这个电荷变化可以被测量，从而得到声波的信息。
超声波换能器在超声波成像、声纳、声测、牙科器械等领域广泛应用。
其优势包括频率范围宽、输出功率高、响应速度快等。
超声波换能器的原理和使用
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，而它自身消耗很少一部分功率（小于10%）。
所以，使用超声波换能器最主要考虑的问题就是与输入输出端的匹配，其次是机械安装和配合尺寸。
超声波换能器分类：1、柱型2、倒喇叭型3、钢后盖型4、中间夹铝片型主要适用于超声波塑料焊接机、超声波切割刀、超声波金属焊接机，超声波清洗机，超声波声化学设备等。
超声波换能器在合适的电场激励下能发生有规律的振动，其振幅一般10μm左右，这样的振幅要直接完成焊接和加工工序是不够的。
连上通过合理设计的变幅杆后，超声波的振幅可以在很大的范围内变化，只要材料强度足够，振幅可以超过100μm。
因加工方式和要求不同，换能器的工作方式大致可分为连续工作（如花边机，CD机，清洗机，拉链机）和脉冲工作（如塑料焊机），不同的工作方式对换能器的要求是不同的。
一般而言，连续式工作几乎没有停顿时间，但工作电流不是很大，脉冲工作是间歇的，有停顿，但瞬间电流很大。
平均而言，二种状态的功率都是很大的。
使用超声波换能器最主要考虑的问题就是与输入输出端的匹配，其次是机械安装和配合尺寸。
换能器的频率相对而言还比较直观些。
该频率是指用频率（函数）发生器，毫伏表，示波器等通过传输线路法测得的频率，或用网络阻抗分析仪等类似仪表测得的频率。
一般通称小信号频率。
与它相对应的是上机频率，即客户将换能器通过电缆连到机箱上，通电后空载或有载时测得的实际工作频率。
因客户匹配电路各不相同，同样的换能器在不同的驱动电源（电箱）表现出来的频率是不同的，这样的频率不能作为交流讨论的依据。
让换能器和驱动电源、模具良好配合以形成一台完整的超声波设备可以简称为匹配。
由于匹配对整机性能的影响是决定性的，无论怎样强调匹配的重要性都不为过。
匹配最主要考虑的因素是换能器的电容量，其次是换能器的频率。
换能器与驱动电源的匹配主要有4个方面，即阻抗匹配、频率匹配、功率匹配、容抗匹配。
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将电能转换为机械振动能的装置，它是超声波技术的核心部件之一。
超声波换能器的原理是利用压电效应，将电能转换为机械振动能，从而产生超声波。
压电效应是指某些晶体在受到外力作用时，会产生电荷分布的不均匀，从而产生电势差。
反过来，当电场作用于这些晶体时，会使其发生形变。
这种晶体就是压电晶体，如石英、锆钛酸铅等。
超声波换能器通常由压电晶体和金属质量块组成。
当外加电压作用于压电晶体时，它会发生形变，从而使金属质量块也发生振动。
这种振动会产生超声波，其频率与电压的频率相同。
超声波换能器的工作原理可以用以下公式表示：
f = n × v / 2d
其中，f为超声波的频率，n为振动模式数，v为压电晶体的声速，d为压电晶体的厚度。
超声波换能器的应用十分广泛，如医学、工业、军事等领域。
在医学领域，超声波换能器被用于超声诊断、超声治疗等方面。
在工业领域，超声波换能器被用于清洗、焊接、切割等方面。
在军事领域，超声波换能器被用于声纳、水下通信等方面。
超声波换能器是一种将电能转换为机械振动能的装置，其原理是利用压电效应产生超声波。
它的应用十分广泛，是超声波技术的核心部件之一。
超声波换能器的基本原理
. 超声波换能器的基本原理压电式换能器：压电式换能器利用了某些单晶材料的压电效应和某些多晶材料的电致伸缩效应。
超声波压电效应某些单晶材料的结构具有非对称特性，当这些材料受到外加应力作用而产生应变时，其内部晶格结构的变化（形变）会破坏原来宏观表现为电中性的状态，产生极化电场（电极化），所产生的电场（电极化强度）与应变的大小成正比。
这种现象称为正压电效应，它是由居里兄弟于1880年发现的。
随后，在1881年又进一步发现这类单晶材料还具有逆压电效应，即具有正压电效应的材料在受到外加电场作用时，会有应力和应变产生，其应变与外电场的大小成正比。
压电效应是晶体结构的一个特性，它与晶体结构的非对称性有关，而压电效应的大小及性质则与施加的应力或电场对晶体结晶轴的相对方向有关。
具有压电效应的单晶材料种类很多，最常用的如天然石英（SiO2）晶体，以及人工单晶材料如硫酸锂（Li2SO4）、铌酸锂（LiNbO3）等等。
2电致伸缩效应某些多晶材料中存在有自发形成的分子集团，即所谓“电畴”，它具有一定的极化，并且沿极化方向的长度往往与其他方向的长度不同。
当有外加电场作用时，电畴会发生转动，使其极化方向与外加电场方向趋于一致，从而使该材料沿外加电场方向的长度将发生变化，表现为弹性应变。
这种现象称为电致伸缩效应。
3.磁致伸缩式换能器磁致伸缩式换能器利用了磁致伸缩效应，这时特定合金材料结晶结构的物理特性，即某些铁磁体及其合金，以及某些铁氧体中的磁畴，在其自发磁化方向上的长度可能与其它方向上的不同。
当有外加磁场作用时，由于这种磁畴将发生转动，使其磁化方向尽量与外磁场方向趋于一致，从而使该材料沿外磁场方向的长度将发生变化，表现为弹性应变（当然，这种变形引起的应变是很小的，约在10-5~10-6之间）。
这种现象即是磁致伸缩效应。
相反，具有磁致伸缩效应的材料在经受外加应力或应变时，其磁化强度也会发生改变，此即为逆磁致伸缩效应。
这样，在对磁致伸缩材料施以交变磁场时，该材料将沿磁力线方向发生磁致形变，从而可以在与它表面紧密接触的介质中激发出机械振动波-[1]。
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2、超声波换能器的工作原理
(1) 超声波换能器：一种能把高频电能转化为机械能的一种装置，一般有磁致伸缩式和压 电陶瓷式。
电源输出到 超声波发生器，再到超声波换能器，一般还要经过 超声波导出、接收 装置就可以产生超声波了。
(2) 超声波换能器的组成：包括外壳、匹配层即声窗、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出 电缆，其特征在于它还包括阵列接收器， 它由引出电缆、换能器、金属圆环、橡胶垫圈组成。
(3) 超声波换能器的原理与作用：超声波换能器即是谐振于超声频率的压电陶瓷，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，面它自身消耗很少的一部分功率。
超声波换能器的种类：可分为压电换能器、 夹心换能器、柱型换能器、倒喇叭型换能器等等。
40kHZ
超声波发射/接收电路综述
40kHZ 超声波发射电路 ⑴
10kHz 因声波发射器］1 )
40kHZ 超声波发射电路之一，由 F1~F3三门振荡器在F3的输出为40kHZ 方波，工作 频率主
要由C1、R1和RP 决定，用RP 可调电阻来调节频率。
F3的输出激励换能器 T40-16
的一端和反向器 F4, F4输出激励换能器 T40-16的另一端，因此，加入 F4使激励电压提高 了一倍。
电容 C3、C2平衡F3和F4的输出，使波形稳定。
电路中反向器 F1~F4用CC4069 六反向器中的四个反向器，剩余两个不用(输入端应接地)。
电源用 9V 叠层电池。
测量F3
输出频率应为40kHZ ± 2kHZ 否则应调节 RR 发射超声波信号大于 8m 。
40kHZ 超声波发射电路 ⑵
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40kHZ超声波发射电路之二，电路中晶体管VT1、VT2组成强反馈稳频振荡器，振荡频
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率等于超声波换能器T40-16的共振频率。
T40-16是反馈耦合元件，对于电路来说又是输出换能器。
T40-16两端的振荡波形近似于方波，电压振幅接近电源电压。
S是电源开关，按一
下S,便能驱动T40-16发射出一串40kHZ超声波信号。
电路工作电压9V,工作电流约25mA 发射超声波信号大于8m。
电路不需调试即可工作。
40kHZ超声波发射电路（3）
40kHZ超声波发射电路之三，由VT1、VT2组成正反馈回授振荡器。
电路的振荡频率决定于
反馈元件的T40-16，其谐振频率为40kHZ± 2kH乙频率稳定性好，不需作任何调整，并由T40-16作为换能器发出40kHZ的超声波信号。
电感L1与电容C2调谐在40kHZ起作谐振作
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用。
本电路适应电压较宽（3~12V）,且频率不变。
电感采用固定式，电感量 5.1mH。
整机工作电流约25mA发射超声波信号大于8m 40kHZ超声波发射电路⑷
40kHZ超声波发射电路之四，它主要由四与非门电路CC4011完成振荡及驱动功能，通过超声换能器T40-16辐射出超声波去控制接收机。
其中门YF1与门YF2组成可控振荡器，当S 按下时，振荡器起振，调整RP改变振荡频率，应为40kHZ。
振荡信号分别控制由YF4、YF3组成的差相驱动器工作，当YF3输出高电平时，YF4 —定输出低电平；YF3输出低电平时，
YF4输出高电平。
此电平控制T40-16换能器发出40kHZ超声波。
电路中YF1~YF4采用高速CMO电路74HC00四与非门电路，该电路特点是输出驱动电流大（大于15mA，效率高等。
电路工作电压9V,工作电流大于35mA发射超声波信号大于10mo
40kHZ超声波发射电路（5）
40kt«声K&raora
40kHZ超声波发射电路之五，由LM555时基电路及外围元件构成40kHZ多谐振荡器电路，调节电阻器RP阻值，可以改变振荡频率。
由LM555第3脚输出端驱动超声波换能器T40-16，使之发射出超声波信号。
电路简单易制。
电路工作电压9V,工作电流40~50mA发射超声波信号大于8m LM555可用NE555直接替代，效果一样。
双稳态超声波接收机电路
由于单稳态接收机无记忆功能，所以不能用在家用电器的开与关中，适用面不宽。
是一
种双稳态超声波接收机电路，它的前级电路同图2-186电路完全一样，只是执行电路不同。
电路中，由VT5 VT6及相关辅助元件构成双稳态电路，当VT4每导通一次（发射机
工作一次），触发信号经C7、C8向双稳电路送进一个触发脉冲，VT5 VT6状态翻转一次，
当VT6从截止状态转变成导通状态时，VD5截止，VT7截止，继电器K释放；当再来一个触
发信号时，VT6由导通转变为截止状态，VD5导通，VT7导通，继电器K吸合…… 由于增
加了双稳电路，使之用于电灯、电扇、电视等电器遥控成为现实。
调试时，在a点与+6V（电源）之间用导线快速短路一下后松开，继电器应吸合（或释放），再短路一下松开，继电器应释放（或吸合），如果继电器无反应，请检查双稳电路元件焊接质量和元件参数。
一般情况下一次即可成功。
单稳式超声波接收器电路
510k
耳'協Aiea尸保毎快命廿
单稳式超声波接收器电路原理图，超声波换能器R40-16谐振频率为40kHZ,经R40-16选频
后，将40kHZ以外的干扰信号衰减，只有谐振于40kHZ的有用信号（发射机信号）送入VT1~VT3 组成的高通放大器放大，经C5 VD1检出直流分量，控制VT4 VT5组成的电子开关带动继电器K工作。
由于该电路仅作单路信号放大，当发射机每发射一次超声波信号时，接收机的继电器吸合一次（吸合时间同发射机发射信号时间相同），无记忆保持功能。
可用作无线遥控摄象机快门控制、儿童玩具控制、窗帘控制等。
电路中VT13> 200, VT23> 150,其他
元件自定。
电路不需调试即可工作。
如灵敏度和抗干扰不够，可检查三极管的3值与电容
C4的容量是否偏差太大。
经实测，配合相应的发射机，遥控距离可达8m以上。
在室内因墙壁反射，故没有方向性。
电路工作电压3V,静态电流小于10mA。