压电式超声波换能器原理是什么？

压电式超声波换能器原理是什么？~

压电式超声波换能器原理是：
　　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。
　　超声波换能器的应用：
　　(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。

超声波换能器是一种能把高频电能转化为机械能的装置。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。

超声换能器是将电能转化为机械振动并放大振幅的部件，主要包括超声换能器，超声波变幅杆和超声波焊头。超声波塑料焊接机上的超声换能器的工作原理，就是利用压电陶瓷材料的逆压电效应产生振动工作的。

将一压电晶体置于外电场中，在电场的作用下，引起晶体内部正负电荷重心的移动，这一极化位移又导致晶体发生形变，这就叫做逆压电效应。

扩展资料：

超声波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波加工、超声波清洗、超声波探测、检测、监测、遥测、遥控等；按工作环境分为液体、气体、生物体等;按性质分为功率超声波、检测超声波、超声波成像等。

超声波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。超声波清洗机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。

介绍塑料焊接用超声波换能器的原理结构和选型

1.超声换能器工作原理

超声换能器是将电能转化为机械振动并放大振幅的部件，主要包括超声换能器，超声波变幅杆和超声波焊头。超声波塑料焊接机上的超声换能器的工作原理，就是利用压电陶瓷材料的逆压电效应产生振动工作的。将一压电晶体置于外电场中，在电场的作用下，引起晶体内部正负电荷重心的移动，这一极化位移又导致晶体发生形变，这就叫做逆压电效应。

超声变幅杆是超声加工处理设备中超声振动系统的重要组成部分之一。在超声振动系统工作过程中，由于超声换能器辐射面所产生的振动幅度较小，当工作频率在20 kHz 范围内，超声换能器的辐射面的振幅只有数微米，而在超声焊接中所需要的振幅大约为数十至数百微米。所以必须借助变幅杆的作用，将机械振动质点的位移量和运动速度进行放大，并将超声能量聚集在较小的面积上，产生聚能作用。超声变幅杆还可以作为机械阻抗变换器，在换能器和负载之间架起桥梁，进行阻抗匹配，使超声能量更有效地从换能器向负载传输。

2 超声换能器系统的设计

超声波塑料焊接机换能系统的设计，主要包括超声换能器、超声波变幅杆和焊头3 个部分，如图1 所示。超声换能器主要是由前、后盖板和夹在前后盖板中间的陶瓷晶堆组成，从图1可以看出，换能器的3 部分是由螺钉联接在一起的。超声波换能器和超声波变幅杆之间以及变幅杆与焊头之间，都是靠双头螺柱联接在一起的。超声塑料焊接机中把这样联接在一起的换能器、变幅杆和超声波焊头组成的系统，叫做振动系统。整个振动系统，是在变幅杆的变截面处通过法兰的嵌合作用固联在机架上的。

超声波换能器机换能器

2.1超声波换能器的设计

超音波塑料焊接机工作时，加工塑料工件需要的是高频率的纵向振动，使得工件的上下模上下高频振动熔化焊接层，得到焊接效果。因此选择换能器的种类，是纵向复合式换能器，结构简单，示意图如图2 所示。首尾两块是金属盖板；中间是压电陶瓷晶堆，一般是纵向极化的带圆孔片或圆管，也可以是径向极化的圆管；一根应力螺杆将这3 部分紧紧压牢。

1.高强度应力杆2.绝缘圈3.陶瓷片4.后盖板5.引线6.前盖板

超声波清洗换能器结构示意图

超声波清洗换能器

设计压电陶瓷体，算得陶瓷片中超声波传播速度c = 2 418 m/s，陶瓷片直径取D = 60 mm，陶瓷片数n = 2。计算前后盖板长度和直径，利用振动方程的通解条件，不难获得频率方程和前后振速比。前盖板的尺寸，总是等于对应频率上声波在该盖板中传播波长的1/4，因此取前盖板的长度为64 mm。选择软钢做后盖板，型号为45 号钢，为了使换能器中后盖板和陶瓷晶堆能有更好的联接弹性，可以在等效特性声阻抗的原理下把后盖板和陶瓷晶堆相连的一部分换成硬铝。取硬铝为做前盖板，型号为2A01，直径和陶瓷晶片相同。

且取前后盖板的形状为圆柱形，直径和陶瓷晶片相同。可以算出后盖板的总长度为48 mm。

　　压电式超声波换能器原理是：
　　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。
　　超声波换能器的应用：
　　(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。

压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。依据电介质压电效应研制的一类传感器称为压电传感器。

超声波探头拆解

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嘉祥县18397108573： 压电式超声波换能器原理是什么? - ？
况从氨溴： 逆压电效应

嘉祥县18397108573： 压电超声波换能器原理是什么?它的分类? - ？
况从氨溴： 压电超声换能器分为:正压电效应和逆压电效应. 正压电效应:晶体受到某固定方向外力的作用时, 在某两个表面上产生符号相反的电荷的现象. 逆压电效应:对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象.

嘉祥县18397108573： 超声波探伤中最常用的换能器是利用什么原理 - ？
况从氨溴： 换能器就是压电效应,探伤原理主要利用声波传播时间和回波的幅度

嘉祥县18397108573： 压电式超声波传感器的工作原理 - ？
况从氨溴： 利用压电效应,不同的运用,换能器设计差别很大.它的工作原理也差别很大,比较常用就是测距.有测偏,测纸张重叠,计数,接近报警等.

嘉祥县18397108573： 发射超声波是利用什么原理完成 - ？
况从氨溴：[答案] 原理当然是逆压电效应,给一个电压,超声换能器会产生声波.如果你问的是电信号产生部分.那要看什么样的换能器,什么样的工作方式.如果是大功率高压,实际上就是一个逆变器.

嘉祥县18397108573： 超声波换能器原理 - ？
况从氨溴： 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.

嘉祥县18397108573： 超声波换能器组成及工作原理 - ？
况从氨溴： 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装置就可以产生超声波了. 超声波换能器的组成:包括外壳、匹配层即声窗...

嘉祥县18397108573： 发射超声波是利用什么原理完成 - ？
况从氨溴： 原理当然是逆压电效应,给一个电压,超声换能器会产生声波.如果你问的是电信号产生部分.那要看什么样的换能器,什么样的工作方式.如果是大功率高压,实际上就是一个逆变器.

嘉祥县18397108573： 简述将声波转变成电能的主要结构是什么,有何结构特点? - ？
况从氨溴： 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zd声波发生器,再到超声波换能器,一般还要经过超声波导出装置就可以产生超声波了.超声波换能器的组成:包括外壳、匹配层即...