超聲波換能器的結(jié)構(gòu)分析

超聲波換能器的結(jié)構(gòu)

超聲波換能器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，其作用是將電能轉(zhuǎn)換為超聲波的機(jī)械振動(dòng)能。它是超聲波發(fā)生器的重要組成部分，主要用于產(chǎn)生和發(fā)射超聲波。

超聲波換能器通常由壓電陶瓷圓盤(pán)換能器、匹配層、外殼、引出電纜和Cymbal陣列接收器等組成。其中，壓電陶瓷圓盤(pán)換能器是換能器的核心部分，它利用壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)能。當(dāng)在壓電陶瓷上施加交變電壓時(shí)，它會(huì)發(fā)生形變并產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，這些振動(dòng)進(jìn)而產(chǎn)生超聲波并向周?chē)橘|(zhì)傳播。

超聲波換能器的主要性能指標(biāo)包括工作頻率、系統(tǒng)組件等。其中，工作頻率是指壓電晶片的諧振頻率，當(dāng)加在其兩端的交流電壓的頻率等于芯片的諧振頻率時(shí)，輸出能量最高，靈敏度最高。系統(tǒng)組件則包括發(fā)送換能器、接收換能器、控制部分和電源部分等，它們共同協(xié)作以實(shí)現(xiàn)超聲波的發(fā)射和接收。

如圖1所示，超聲換能器由壓電陶瓷、聲學(xué)匹配層和阻尼層組成。壓電陶瓷的主要成分是鈦酸鋯鉛（PZT），兩側(cè)涂有導(dǎo)電層。通過(guò)施加高頻交變電壓，壓電陶瓷可以通過(guò)反向壓電效應(yīng)（電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換）產(chǎn)生高頻振動(dòng)。高頻振動(dòng)是聲波的一種。如果該聲波的頻率大于20kHz，那就是超聲波振動(dòng)。相反，超聲波可以通過(guò)使用壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)（機(jī)械能到電能）來(lái)接收。

圖1 超聲波換能器結(jié)構(gòu)

超聲波換能器廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如超聲波塑料焊接機(jī)、超聲波金屬焊接機(jī)、超聲波清洗機(jī)、氣相機(jī)、三氯機(jī)等。此外，在雷達(dá)和聲納系統(tǒng)中，超聲波換能器也被用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換和傳輸。

審核編輯：黃飛