压电超声换能器的应用与发展
新型超声换能器的设计原理与应用
新型超声换能器的设计原理与应用新型超声换能器的设计原理与应用1. 引言在现代科技发展的今天，超声技术在各个领域的应用越来越广泛。
作为一种能够产生高频声波并将其转化为其他形式能量的装置，超声换能器在医疗、工业、通信等领域发挥着重要的作用。
本文将深入探讨新型超声换能器的设计原理与应用，旨在帮助读者更全面地理解这一领域的知识。
2. 超声换能器的基本原理超声换能器是一种能够将电能转化为声能或声能转化为电能的装置。
其基本原理是利用压电材料的压电效应或逆压电效应来实现能量的转换。
当施加外加电场时，压电材料会产生机械应变，从而产生声波。
逆压电效应则是指在超声波的作用下，压电材料会产生电荷，从而转化为电能。
3. 新型超声换能器的设计原理3.1 材料选择新型超声换能器的设计首先要考虑材料的选择。
常用的压电材料有PZT陶瓷、PZT单晶、PVDF等。
不同材料具有不同的压电系数和机械性能，因此在选择时需要根据具体需求进行权衡。
3.2 结构设计结构设计是超声换能器设计中的关键环节。
传统的压电换能器一般采用表面贴装方式，但这种结构存在粘接问题和能量密度限制等局限性。
新型超声换能器通过优化结构设计，可以提高换能效率和频率响应，如采用双晶换能器和双接触换能器等。
3.3 电极设计电极的设计对超声换能器的电性能和机械性能有着重要影响。
新型超声换能器可以采用分叉电极设计或等效电路设计，以提高耦合效率和能量转化效率。
4. 新型超声换能器的应用4.1 医疗领域在医疗领域，新型超声换能器广泛应用于医学成像、超声治疗、超声导引等方面。
超声图像设备利用超声换能器将电能转化为声能，并通过人体组织的反射返回的声波来进行成像。
4.2 工业领域在工业领域，新型超声换能器可以应用于无损检测、测量和控制等方面。
超声换能器可以用于检测材料的缺陷、测量液位和压力、控制液体流量等。
4.3 通信领域在通信领域，新型超声换能器可用于声表面波传感器和超声波射频识别等应用。
压电超声换能器概述
压电超声换能器是一种利用压电效应将电能转化为声能或反之的设备。
它是将压电材料（如石英、铅锆酸钛等）制成特定形状的片状或圆柱状结构，并在其两面分别连接电极，形成压电陶瓷。
当施加电场或施加机械应力时，压电材料会发生形状变化，从而产生声波。
压电超声换能器具有以下特点：
1.压电效应：压电材料具有压电效应，即在电场或应力的刺激下发生形状变化。
通过施加电压或机械压力，压电超声换能器可以产生声波，并将电能或声能转换为对应形式的能量。
2.幅频特性：压电超声换能器的发声频率与材料的厚度、形状和工作模式有关。
通过调节电场或机械应力的参数，可以控制发声频率的范围和图案。
3.高能量转换效率：压电超声换能器的能量转换效率较高，能够将电能转换为声能或反之，从而实现能量的转换和传递。
4.高灵敏度和精度：压电超声换能器对外部刺激的响应速度快，具有高灵敏度和精度。
它能够快速、准确地将电信号转换成声信号或将声信号转换成电信号。
压电超声换能器在许多领域有广泛的应用，例如医学超声成像、声学测量、工业无损检测、流体控制等。
在医学领域，它可以将电信号转换为声波，通过适当的处理和解读，实现对人体组织的成像和诊断。
在工业领域，它可以用于缺陷检测、材料测试、流体控制等方面，具有重要的应用价值。
超声波换能器的参数及工作方式类型
超声波换能器的参数及工作方式类型超声波换能器是一种能够将电能转换为超声波能量的装置。
它由压电材料组成，通过电场的作用使材料发生压缩和膨胀，从而产生超声波。
本文将从超声波换能器的参数和工作方式类型两个方面对其进行详细介绍。
一、超声波换能器的参数超声波换能器的参数对其性能和应用有着重要影响，主要包括频率、振幅、工作电压和灵敏度等。
1. 频率：超声波换能器的频率通常指的是压电材料的固有频率，即在不加电场的情况下，材料自身振动的频率。
超声波换能器的频率范围很广，从几十千赫兹到几百兆赫兹不等，可以根据具体应用需求选择适当的频率。
2. 振幅：超声波换能器的振幅是指材料在电场刺激下产生的最大机械振幅。
振幅的大小与换能器的尺寸、材料性质和工作电压等因素相关，通常通过调节工作电压来控制振幅的大小。
3. 工作电压：工作电压是指施加在超声波换能器上的电压，通过改变电压的大小和频率可以控制超声波的产生和输出。
工作电压的选择要考虑到换能器的耐受能力和应用需求。
4. 灵敏度：超声波换能器的灵敏度是指它对输入信号的敏感程度。
灵敏度越高，换能器对输入信号的响应越快速、准确。
灵敏度的大小与换能器的材料性质和结构设计等因素密切相关。
二、超声波换能器的工作方式类型根据超声波换能器的工作方式不同，可以将其分为压电式、磁电式和电动力式三种类型。
1. 压电式超声波换能器：压电式超声波换能器是应用最广泛的一种类型。
它利用压电效应将电能转化为机械能，通过电场的作用使压电材料发生压缩和膨胀，从而产生超声波。
压电式超声波换能器具有频率范围广、振幅大、能量转换效率高等优势，被广泛应用于医学成像、无损检测、清洗和声纳等领域。
2. 磁电式超声波换能器：磁电式超声波换能器利用磁电效应将电能转化为机械能。
它通过电磁场的作用使磁电材料发生形变，从而产生超声波。
磁电式超声波换能器具有振幅大、频率稳定等特点，适用于高功率和高频率的应用。
3. 电动力式超声波换能器：电动力式超声波换能器是一种利用电动力效应将电能转化为机械能的装置。
简述压电换能器的应用原理
简述压电换能器的应用原理1. 什么是压电换能器？压电换能器是一种将电能和机械能相互转换的装置。
它利用压电效应，即压电材料在受力或施加压力时会产生电荷分布不均，从而产生电压。
2. 压电效应的原理压电效应是一种固体材料在受到机械应力作用时，发生电荷累积和电位变化的现象。
它基于压电材料的晶格结构，通过应力引起晶格变形来产生电荷。
3. 压电换能器的工作原理压电换能器利用压电效应将机械能转换为电能，或将电能转换为机械能。
其工作原理如下：•当施加机械应力或变形时，压电材料中的晶体结构会发生改变，导致正负电荷的分离。
•由于电荷分布不均，产生电势差，这个电势差即为压电换能器的输出电压。
•反之，当施加电场时，会导致压电材料的形状发生变化，从而实现机械能的转换。
4. 压电换能器的应用领域压电换能器广泛应用于以下领域：4.1 声学•压电换能器可用于扩音器、扬声器等音频设备中，将电能转换为机械能产生声音。
•在超声波领域，压电换能器可用于医疗成像、清洁、焊接等应用。
4.2 传感器•压电换能器可用作传感器，将机械信号转换为电信号，用于测量力、压力、加速度等物理量。
•在气体和液体流量测量、振动监测等领域，压电传感器也发挥着重要作用。
4.3 能源回收•压电换能器可以将机械振动或冲击转换为电能，用于能量回收和供电。
•在自行车、汽车、建筑物等振动环境中，压电换能器可以将振动能量转换为电能，用于供电。
4.4 操作控制•压电换能器可用于精密定位、形状变换等操作控制领域。
•在纳米技术、生物医学、航空航天等领域，压电换能器被广泛应用于精密运动控制系统。
5. 压电材料的选择与性能优化在设计和应用压电换能器时，选择合适的压电材料非常重要，常用的压电材料有：•钛酸锆（PZT）：具有高压电性能和良好的稳定性，常用于高精度和高功率应用。
•铅锆钛（PZT）：具有较高的压电常数和温度稳定性，广泛用于声学和传感器应用。
•四方钛酸铅（PZT）：具有高压电性能和优异的热稳定性，适用于高温环境和高功率应用。
压电超声换能器初级串联匹配新方法
压电超声换能器初级串联匹配新方法
压电超声换能器是一种将电能转换为机械能的装置，广泛应用于超声波清洗、超声波焊接、超声波探测等领域。
在压电超声换能器的应用中，电端匹配是非常重要的一环，直接影响到换能器的效率和性能。
传统的电端匹配方法是通过在换能器电端串联或并联电阻、电容或电感来实现的。
但是，这些方法存在一些问题，如匹配精度不高、调试复杂等。
为了解决这些问题，一些新的电端匹配方法被提出。
其中，一种新型的压电超声换能器初级串联匹配法被认为是一种有效的方法。
该方法通过在换能器初级串联一个合适的电容来实现电端匹配，具有匹配精度高、调试简单等优点。
该方法的原理是基于空芯变压器模型理论。
在压电超声换能器中，电场和磁场的作用是通过空芯变压器模型理论来描述的。
该理论认为，在一定的频率下，压电陶瓷的介电常数会发生变化，从而改变换能器的等效电容和等效电感。
通过在初级串联电容，可以调节换能器的等效电容和等效电感，从而实现电端匹配。
具体实现上，该方法需要选择合适的电容值，并进行实验验证。
通过调整电容值，可以使得换能器的阻抗在一定频率范围内与负载阻抗相匹配。
实验结果表明，该方法可以显著提高换能器的转换效率和输出功率。
总之，压电超声换能器初级串联匹配新方法是一种有效的电端匹配方法，具有匹配精度高、调试简单等优点。
通过该方法的应用，可以提高压电超声换能器的性能和效率，进一步推动超声技术的应用和发展。
超声波换能器的原理及应用
超声波换能器的原理及应用1. 引言超声波换能器是一种将电能转换为超声波能量的装置，广泛应用于医学、工业和科学领域。
本文将介绍超声波换能器的原理以及其在不同领域的应用。
2. 超声波换能器的原理超声波换能器基于压电效应工作，通过压电陶瓷材料的电能-机械能转换来产生超声波。
其工作原理如下：•步骤1：输入电压。
将交流电压输入到超声波换能器的电极上。
•步骤2：电能转换。
电压变化引起陶瓷材料的变形，从而产生机械能。
•步骤3：超声波产生。
机械能作用于震动体，使其振动，并传递给工作介质，从而产生超声波。
超声波换能器的原理可以通过以下优点总结： - 高效率：能够将电能转换为超声波能量的效率高达90%以上。
- 宽频带：能够产生多种频率的超声波，适用于不同的应用需求。
- 快速响应：超声波换能器的响应速度非常快，可以快速启动和停止。
3. 超声波换能器的应用超声波换能器在医学、工业和科学领域有广泛的应用。
3.1 医学应用在医学领域，超声波换能器被广泛应用于以下几个方面：•超声成像：超声波换能器可以发送超声波到人体内部，通过接收回波信号来生成人体组织的影像，用于诊断疾病和监测器官功能。
•超声治疗：超声波换能器的超声波能量可以被利用来破坏肿瘤细胞、促进伤口愈合和缓解疼痛等治疗应用。
•超声检测：超声波换能器可以检测血流速度、血管狭窄和心脏功能等生理参数，用于临床诊断和疾病监测。
3.2 工业应用在工业领域，超声波换能器被广泛应用于以下几个方面：•清洗和清理：超声波换能器产生的超声波可以在液体中形成微小气泡，通过气泡的爆破来清洗和清理物体表面，如清洗零件和去除污垢。
•切割和焊接：超声波换能器可以产生高频振动，通过振动能量来切割、焊接和铆接材料，适用于精密加工和组装。
•化学反应：超声波换能器可以加速化学反应速率，提高反应效率，广泛应用于催化反应和合成化学。
3.3 科学研究应用在科学研究领域，超声波换能器被广泛应用于以下几个方面：•材料分析：超声波换能器可以通过测量材料中的超声波传播速度和衰减程度来分析材料的物理性质和结构。
压电超声换能器初级串联匹配新方法
压电超声换能器初级串联匹配新方法压电超声换能器是一种能够将电能和声能进行转换的器件，它具有压电效应和声表面波效应。
压电超声换能器的应用非常广泛，包括医学影像、工业无损检测、汽车防撞系统等领域。
在许多应用中，将多个压电超声换能器进行串联匹配以获得更高的性能是非常重要的。
本文将介绍一种初级串联匹配的新方法，帮助读者更好地理解和应用压电超声换能器。
第一部分：压电超声换能器的基本原理1.1 压电效应我们来简单介绍一下压电效应。
压电效应是指某些晶体或陶瓷材料，在受到外力作用时会产生电荷分布不均，从而产生极化现象。
当外场施加在压电材料上时，材料中的正负电荷会发生重分布，产生一定的电势差和电场。
这样的材料被应用在换能器件中，当外界施加电场或者机械应力，就可以实现电能和声能的相互转换。
1.2 声表面波效应另外一个和压电超声换能器紧密相关的概念是声表面波效应。
声表面波是一种能够在固体表面上传播的超声波，它具有传播距离远、衰减小等特点，非常适合作为无线电频率的滤波器和延时线。
压电超声换能器利用声表面波效应，可以实现声波和电信号的高效转换。
第二部分：压电超声换能器串联匹配的传统方法2.1 串联匹配的重要性在实际应用中，通常需要将多个压电超声换能器进行串联匹配，以满足特定的电压、频率和功率要求。
串联匹配不仅可以提高整体换能器的工作性能，还能够实现更高灵敏度和更广泛的频率响应范围。
串联匹配是压电超声换能器设计中非常重要的一环。
2.2 传统的串联匹配方法在传统的压电超声换能器串联匹配方法中，通常需要通过复杂的电路设计和频率调节，以实现多个换能器的匹配。
这种方法需要大量的试验和调整，而且往往无法充分发挥每个换能器的性能，导致整体性能无法达到最优化。
第三部分：压电超声换能器初级串联匹配新方法3.1 方法原理为了解决传统串联匹配方法存在的问题，我们提出了一种初级串联匹配的新方法。
该方法基于多个压电超声换能器之间的物理特性差异，通过合理的电路设计和参数选择，实现了更加简单高效的匹配过程。
压电换能器的工作原理和应用
压电换能器的工作原理和应用1. 压电换能器的工作原理压电换能器是一种将机械应力转化为电能的装置，其工作原理基于压电效应。
压电效应是指某些晶体在受到机械应力或电场作用时，会产生电荷分离或电极化现象。
这种晶体被称为压电材料。
具体来说，当压电材料受到机械应力时，其晶体结构会发生微小的形变，导致内部正负电荷的分离。
这个分离的电荷可以通过表面电极收集并转化为电能。
同样地，当压电材料受到电场作用时，其晶体结构也会发生微小的形变。
这时，电场引起的极化现象会导致压电材料内部正负电荷的分离，产生电能。
2. 压电换能器的应用2.1 压电传感器压电换能器常被应用于各种压力、力量、加速度等传感器中。
通过使用压电材料制作传感器，可以将机械应力转化为电信号，提供准确的测量结果。
压电传感器广泛应用于工业自动化、医疗设备、汽车行业等领域。
例如，汽车中的碰撞传感器可以使用压电材料来检测碰撞力度，以触发安全气囊的部署。
2.2 声波发射和接收压电换能器还可以用于声波发射和接收装置。
在发射模式下，通过将电信号应用于压电材料，可以使其产生机械振动，从而产生声波并将其传播出去。
在接收模式下，压电材料可以将接收到的声波转化为电信号。
这种应用广泛用于超声波成像、声纳系统以及声波测距等领域。
2.3 能量收集压电换能器还可以用于能量收集装置，将机械振动能转化为电能。
这种应用可以实现无线传感器网络或无源传感器的能量供应。
例如，通过将压电材料安装在机械装置上，可以收集到其振动能量并转化为电能，从而为传感器等设备提供电力。
2.4 振动控制压电换能器还可以用于振动控制系统。
通过将压电材料安装在结构物上，以监测和控制结构物的振动情况。
当检测到不期望的振动时，压电材料可以通过施加相反的机械振动来控制结构物的振动。
这种应用可以用于减震、噪音控制等领域。
3. 总结压电换能器是一种将机械应力转化为电能的装置，其工作原理基于压电效应。
压电材料在受到机械应力或电场作用时会产生电荷分离或电极化现象，通过收集和转化这些电荷来产生电能。
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压电超声换能器的应用与发展摘要: 压电换能器是超声技术的主要部件, 其种类多, 用途及发展前景广。
该文回顾了超声换能器的发展历程, 概括总结了压电超声换能器的分类和应用, 分析了压电超声换能器的发展趋势。
大功率、低压驱动、高频、薄膜化、微型化、集成化是当前的发展方向。
超声换能器是实现声能与电能相互转换的部件。
最早的超声换能器是P1 郎之万(P1L angevin) 在1917 年为水下探测设计的夹心式换能器。
这个换能器是以石英晶体为压电材料, 用两块钢板在两侧夹紧而成的。
1933 年以后出现的叠片型磁致伸缩换能器, 强度高、稳定性好、功率容量大, 迅速取代了当时的郎之万换能器。
到了50 年代, 由于电致伸缩材料、钛酸钡铁电陶瓷、锆钛酸铅压电陶瓷的研制成功, 使郎之万型超声换能器再度兴起。
目前压电超声的应用范围很广, 且对超声测量精度、测量范围、超声功率以及器件的微小化程度的要求越来越高。
目前妨碍超声广泛应用的原因是缺少适用、可靠、经济、耐用的超声换能器。
超声换能器历来是各种超声应用的关键部件, 国内外均大力研究, 近年来取得了很多成就。
本文将介绍压电超声换能器的种类、应用和发展。
1压电超声换能器的种类压电超声换能器的种类很多, 按组成超声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2声转换)、接收型(声2电转换)、发射2接收复合型等。
2压电换能器的应用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; 按实现的功能分为超声加工、超声清洗、超声探测、检测、监测、遥测、遥控等; 按工作环境分为液体、固体、气体、生物体等; 按性质分为功率超声、检测超声、超声成像等。
(1) 压电陶瓷变压器压电变压器是利用极化后压电体的压电效应来实现电压输出的。
其输入部分用正弦电压信号驱动, 通过逆压电效应使其产生振动, 振动波通过输入和输出部分的机械耦合到输出部分, 输出部分再通过正压电效应产生电荷, 实现压电体的电能2机械能2 电能的两次变换, 在压电变压器的谐振频率下获得最高输出电压。
与电磁变压器相比, 这具有体积小, 质量轻, 功率密度高, 效率高, 耐击穿, 耐高温, 不怕燃烧, 无电磁干扰和电磁噪声, 且结构简单、便于制作、易批量生产, 在某些领域成为电磁变压器的理想替代元件等优点。
此类变压器用于开关转换器、笔记本电脑、氖灯驱动器等。
(2) 超声马达超声马达是把定子作为换能器, 利用压电晶体的逆压电效应让马达定子处于超声频率的振动, 然后靠定子和转子间的摩擦力来传递能量, 带动转子转动。
超声马达体积小, 力矩大, 分辨率高, 结构简单, 直接驱动, 无制动机构, 无轴承机构, 这些优点有益于装置的小型化。
它们广泛应用于光学仪器、激光、半导体微电子工艺、精密机械与仪器、机器人、医学与生物工程领域。
(3) 超声波清洗超声清洗的机理是利用超声波在清洗液中传播时的空化、辐射压、声流等物理效应, 对清洗件上的污物产生的机械起剥落作用, 同时能促进清洗液与污物发生化学反应, 达到清洗物件的目的。
清洗所用的频率根据清洗物的大小和目的可选用10～500 kHz, 一般多为20～50 kHz。
随着频率的增加, 可采用郎之万振子、纵向振子、厚度振子等。
在小型化方面, 也有采用圆片振子的径向振动和弯曲振动的。
超声清洗在各种工业、农业、家用设备、电子、汽车、橡胶、印刷、飞机、食品、医院和医学研究等行业得到了越来越广泛的应用。
(4) 超声焊接超声焊接有超声金属焊接和超声塑料焊接两大类。
其中超声塑料焊接技术已获得较为普遍的应用。
它是利用换能器产生的超声振动, 通过上焊件把超声振动能量传送到焊区。
由于焊区即两焊件交界处声阻大, 所以会产生局部高温使塑料熔化, 在接触压力的作用下完成焊接工作。
超声塑料焊接可方便焊接其他焊接法无法焊接的部位, 另外, 还节约了塑料制品昂贵的模具费, 缩短了加工时间, 提高了生产效率, 有经济、快速和可靠等特点。
(5) 超声加工把微细磨料随超声加工工具一起以一定静压力加在工件上, 就能加工出与工具相同的形状。
加工时需在15～40 kHz 的频率下, 产生15～40 Lm 的振幅。
超声工具使工件表面的磨料以相当大的冲击力连续冲击, 破坏超声辐射部位, 使材料破碎而达到去除材料的目的。
超声加工主要应用于宝石、玉器、大理石、玛瑙、硬质合金等脆硬材料的加工以及异型孔和细深孔的加工。
此外, 在普通切削工具上加超声波振动时, 也可起到提高精度和效率的作用。
(6) 超声减肥利用超声波的空化效应和微机械振动, 将人体表皮下多余的脂肪细胞破碎、乳化后排出体外, 达到减肥、塑形的目的。
这是国际上90 年代发展起来的一项新技术。
意大利的Zocch i 首次将超声去脂用于临床, 并获得成功, 为整形、美容开创了先河。
近10 年来超声去脂技术在国内外得以迅速发展[ 1 ]。
(7) 超声育种对植物种子进行适当频率和强度的超声波照射, 可提高种子的发芽率, 降低霉烂率, 促进种子的生长, 提高植物生长速度。
据资料介绍, 超声波可使某些植物种子生长速度提高2～3 倍。
(8) 电子血压计利用压电换能器接收血管的压力, 当气囊加压紧压血管时, 因外加压力高于血管舒张压力, 压电换能器感受不到血管的压力; 而当气囊逐渐泄气, 压电换能器对血管的压力随之减小到某一数值时, 二者的压力达到平衡, 此时压电换能器就能感受到血管的压力, 该压力即为心脏的收缩压, 通过放大器发出指示信号, 给出血压值。
电子血压计由于取消了听诊器, 可减轻医务人员的劳动强度[ 2 ]。
(9) 遥测遥控在有毒、放射性等恶劣环境中, 人们不能接近工作, 需要远地控制; 电视机, 电风扇以及电灯等电器开关需要遥控, 都可装上压电超声换能器, 通过远地发射超声波由装在需要控制系统上的接收换能器所接收, 把声信号转变成电信号使开关动作。
(10) 交通监测现代交通, 自动监测车辆的通行和计数以便掌握车辆的运行情况是非常必要的。
如交通监理站安装一个收发兼用的超声换能器及其附属设备, 当车辆通过时就有一个声脉冲返回, 通过计数累计可得到日行车辆的数量。
给汽车尾部装一个收发两用的换能器, 可防止倒车相撞事故发生。
在公路上安装接收型压电超声换能器还可以监测噪声指数。
(11) 测距超声测距装置又叫声尺。
它是通过收发两用的换能器, 测量脉冲时间间隔。
目前的声尺可测10 m 以内的距离, 精度可达千分之几。
(12) 检漏及气体流量检测对于压力系统, 在泄漏处, 由于压力容器的内外压差造成射流噪声。
这种噪声频谱极宽。
对于非压力系统, 可在密闭系统内安放一个超声源, 然后从密闭系统外部接收。
一般未泄漏时测到的信号幅度极小或没有, 在泄漏处信号幅度有突然增大的趋势。
气体流量检测也是化工中的重要手段之一。
流量检测目前有多种方法, 如浮子流量计等。
但超声法主要优点是不妨碍流体的流动。
(13) 机器人成像信息采集智能机器人要实现在空间自由行走、辨认物体等功能, 不仅要用超声换能器测距导盲, 而且要成像辨识。
所以, 需要小型的超声换能器阵, 以实现多种功能, 这方面将成为一项重要的研究课题, 吸引着众多的科学家为之奋斗[ 3 ]。
表1 为压电换能器在各个领域的应用。
表1压电换能器的应用Table 1The app lication of p iezoelectric transducers 应用环境性质实例液体检测测深、鱼群探测、水中电话、潜艇、声纳浮标、标靶、流量计、波浪测量、水听器、水下地形显示、粘度测量、流速测量功率清洗、乳化、脱色、凝集、电镀、萃取、催化、雾化、过滤、加湿器固体检测探伤、探矿、延迟线、厚度计、硬度计功率加工、焊接、马达、印墨头、接线材料检验、压延、压力机、粉碎、育种、农产品检测、干燥气体检测遥控、蜂鸣器、风向风速测量、气体检验、警报器、扬声器、液面计、积雪计、气流控制器、交通监测、噪声监测、超声驱虫、超声诱杀昆虫功率涂装、点火器、燃烧机、喷雾机、集尘机、超声催化生物检测B 超、血流机、心音计、血压计、断层诊断装置功率洁齿、手术、结石破碎、杀菌、美容、减肥3压电超声换能器的最新发展压电超声换能器当前发展方向为大功率、低压驱动、高频、薄膜化、微型化、集成化。
311大功率换能器在许多场合需要大功率的换能器。
在大功率换能器领域, 铌镁酸铅(PMN ) 陶瓷是有发展前途的材料。
PMN 的优点是在中度的电场中就可以产生大的应变, 迟滞小。
但电致伸缩效应是非线性的, 相应的物理常数取决于温度和频率, 且需直流偏压, 这就需要研究如何处理这些问题[ 4 ]。
在工业液体处理中使用的高强度超声波需特殊的大功率换能器, 在功率容量、效率、辐射面积和指向性方面都有要求。
阶梯换能器为在液体中高效地产生高强度的超声辐射提供了一种优化系统。
西班牙J1A 1Gallego2Jurez 等人开发了新型阶梯板状换能器, 它具有高的功率容量、效率和指向性。
该换能器用五个圆形阶梯型换能器组成的阵列, 覆盖的照射面积大约1164 m ×1164 m , 组成阵列换能器的每个单元的特性: 照射板的直径Á 48 cm; 谐振频率为21 kHz; 指向性(3 dB 波束宽度) 115°; 功率容量为500W; 效率75% [ 5 ]。
大功率换能器有望在矿藏勘探和钻井上得到应用。
312低压驱动换能器许多谐振超声装置如超声马达和大功率换能器需产生大的振幅。
锆钛酸铅(PZT ) 是广泛应用的电声转化材料。
在20 kHz 时, PZT 在400 kV öm 的电场中, 在共振条件下产生的振幅要达到微米级, 需2 000 V 的电压, 5 mm 厚的压电陶瓷环。
在某些情况下(航空航天, 便携式装置) , 使用高压是一种缺陷。
此时, 大振幅的超声频率必须用低压驱动。
减小多层陶瓷的电极间的距离可解决这个问题。
因为当场强一定时, 极间距越小, 所需电压也越小。
多层压电陶瓷的薄层厚度30～200 Lm, 电极的间距等于陶瓷层厚。
所以, 要用相同尺寸的装置得到同样的位移, 多层压电陶瓷的电压就远远小于单层的。
法国B1Dubus 等人对多层PZT 郎之万换能器的谐振子进行了实验研究。
在低电压下得到了大的振幅(10 V , 5 Lm)。
发现当换能器连续工作时, 去极化是个严重问题。
可通过对陶瓷片的界面抛光和对换能器加直流偏压解决。
他们用的郎之万换能器, 多层压电陶瓷由20 层陶瓷片组成, 每层厚100 Lm , 每端加了绝缘陶瓷。