壓電陶瓷聲波換能器檢測裝置

❶ 超聲波換能器組成及工作原理

1、超聲波換能器組成：超聲波換能器由外殼、匹配層、壓電陶瓷圓盤換能器、背襯、引出電纜和Cymbal陣列接收器組成。壓電陶瓷圓盤換能器採用厚度方向極化的PZT-5壓電材料製成，Cymbal陣列接收器由8～16隻Cymbal換能器、兩個金屬圓環和橡膠墊圈組成。

2、超聲波換能器工作原理：超聲波感測器是利用超聲波的特性研製而成 的感測器。超聲波是一種振動頻 率高於聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠 成為射線而定向傳播等特點。

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超聲波換能器的應用：

超聲波換能器應用 超聲波換能器的應用十分廣泛,它按應用的行業分為工業、農業、交通運輸、生活、醫療及軍事等。按實現的功能分為超聲波加工、超聲波清洗、超聲波探測、檢測、監測、遙測、遙控等；按工作環境分為液體、氣體、生物體等;按性質分為功率超聲波、檢測超聲波、超聲波成像等。

壓電陶瓷變壓器 壓電陶瓷變壓器是利用極化後壓電體的壓電效應來實現電壓輸出的。

超聲波馬達 超聲波馬達是把定子作為換能器, 利用壓電晶體的逆壓電效應讓馬達定子處於超聲波頻率的振動, 然後靠定子和轉子間的摩擦力來傳遞能量, 帶動轉子轉動。

超聲波清洗 超聲波清洗的機理是利用超聲波在清洗液中傳播時的空化、輻射壓、聲流等物理效應。

超聲波焊接 超聲波焊接有超聲波金屬焊接和超聲波塑料焊接兩大類。

❷ 分析壓電換能器的工作原理

某些單晶材料的結構具有非對稱特性，當這些材料在外加應力作用下發生應變時，其內部晶格結構（變形）的變化將破壞原來的電中性宏觀狀態，產生極化電場（電化），所產生的電場（電極化強度）與應變的大小成正比。這種現象被稱為正壓電效應，是1880年居里兄弟發現的。

隨後，在1881年，人們進一步發現這種單晶材料也具有逆壓電效應，即當正壓電效應的材料受到外加電場的作用時，會有應力和應變產生，其應變與外電場的大小成正比。因壓電換能器電聲效率高、功率容量大以及結構和形狀可以根據不同的應用分別進行設計，在功率超聲領域應用廣泛。

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壓電換能器的主要特點是電聲轉換效率高，特別是接收靈敏度高，但其機械強度低（脆性大），因此在高功率應用中受到限制（不過目前的最新技術已能達到數百瓦到上千瓦的聲輻射功率）。另外，一些單晶材料容易溶於水而失效（水解）。

壓電換能器是不分正負極的。因為壓電換能器是交流驅動的。但是，與清洗和焊接感測器一樣，為了方便起見，與前後蓋板連接的電極通常被視為負電極。用於檢測的感測器，如果是金屬外殼，通常將金屬外殼與壓電感測器連接，當屏蔽用，這個當負極。

❸ 超聲波換能器是幹啥的

超聲波換能器的功能是將輸入的電功率轉換成機械功率（即超聲波）再傳遞出去，而自身消耗很少的一部分功率。
超聲波換能器，要解決的技術問題是設計一種作用距離大、頻帶寬的超聲波換能器。
換能器由外殼、匹配層、壓電陶瓷圓盤換能器、背襯、引出電纜和Cymbal陣列接收器組成。壓電陶瓷圓盤換能器採用厚度方向極化的PZT-5壓電材料製成，Cymbal陣列接收器由8～16隻Cymbal換能器、兩個金屬圓環和橡膠墊圈組成。本發明的作用距離大於35m，頻帶寬度達到10kHz，能檢測高速移動的遠距離目標。

❹ 超聲波換能器的常見問題

一、超聲波換能器使用中的常見問題

超聲波焊接有超聲波金屬焊接和超聲波塑料焊接兩大類。其中超聲波塑料焊接技術已獲得較為普遍的應用。它是利用換能器產生的超聲振動, 通過上焊件把超聲振動能量傳送到焊區。由於焊區即兩焊件交界處聲阻大, 所以會產生局部高溫使塑料熔化, 在接觸壓力的作用下完成焊接工作。超聲塑料焊接可方便焊接其他焊接法無法焊接的部位。另外, 還節約了塑料製品昂貴的模具費, 縮短了加工時間, 提高了生產效率, 有經濟、快速和可靠等特點。

常見的問題

1、超聲波換能器的晶片開裂、無力、易過載、電極片打火、電極片開裂、發熱嚴重、怪聲、漏波、晶片錯位等

出現這類情況大致由於以下3種原因導致的

第一、超聲波發生器（超聲波電源或超聲波電箱）或模具（超聲波焊頭/焊頭）及裝配有問題。

解決辦法：檢查這些部件安裝是否存在問題，如果還是找不到原因，可以聯系我們在線技術人員幫你解答，排查並解決問題。

第二、換能器、增幅器有問題。

解決辦法：這種情況發生的可能性比較小，但是也會發生，

第三、雙方的產品都沒有問題，電容量和頻率不匹配。

這是最常見的情況，若輸入匹配不好，則表現為換能器無力，焊不牢。會造成換能器會過載，導致晶片錯位開裂，破碎，螺桿斷，鋁裂或燒電箱功率管等情況。不過現在超聲波設備都安裝了自動檢測，和過載保護報警裝置，能有效的防止設備損壞的可能性。

解決辦法：必須配置同頻率超聲波發生器、換能器、焊頭在一起使用。

2、換能器無力，焊不牢；重者換能器發熱嚴重

如前所述 因為陶瓷片是絕緣體，你幾乎可以理解為換能器是不通電的，它只是相當於一個電容器。要使換能器工作，實際上是通過驅動電路對它施加交流高電壓，讓換能器的電容充放電。壓電陶瓷片在交變電場的作用下做同步伸縮變形，形成了整個換能器的縱向振動，從而帶動變幅桿和模具振動。所以，若電容匹配不好，輕者是換能器無力，焊不牢；重者換能器發熱嚴重，燒電極片、燒電源的大功率管。

解決辦法：匹配好電容

3、換能器電極片（耳朵）振裂或燒掉

而且隨著長時間連續工作，換能器的溫度會升高，導致電容也會升高且變化量可能會超過 50% ，若不能將電容有效地匹配掉，就會造成迴路中電流電壓相位差很大，功率因素很低，虛功高。看看電流很大，但換能器沒力，易發熱，且電源的功率器件也容易發熱損壞。一般換能器電極片（耳朵）振裂或燒掉很可能就是由此引起的。

解決辦法：暫停使用，等到設備冷卻後在開機工作，一般不是連續發震，超負荷工作的這種情況出現的比較少。

一、超聲波換能器工作原理

超聲波換能器又叫超聲波振子，將超聲波發生器輸出的電能或者磁能轉換成相同頻率的機械振動，超聲焊接機用的換能器，目前有兩種，第一種是，磁致伸縮型換能器，第二種是壓電陶瓷換能器。第一種由於效率低，性價比低，還需外加直流極化磁場，因此目前超聲焊接機已經很少使用。

現在超聲波焊接機設備大多採用的是第二種壓電陶瓷換能器。由材料的壓電效應將電信號轉換為機械振動。醫用超聲換能器（超聲探頭）的工作原理大體是相同的，其內部通常都包含一個電的儲能元件和一個機械振動系統。當換能器用作發射器時，從激勵電源送來的電振盪信號將引起換能器中電儲能元件中電場或磁場的變化，這種變化通過某種效應對換能器的機械振動系統產生一個推動力，使其進入振動狀態，從而推動與換能器機械振動系統相接觸的介質發生振動，向介質中輻射聲波。接收聲波的過程正好與此相反，外來聲波作用在換能器的振動面上，從而使換能器的機械振動系統發生振動，藉助某種物理效應，引起換能器儲能元件中的電場或磁場發生相應的變化，從而引起換能器的電輸出端產生一個相應於聲信號的電壓和電流。

❺ 壓電陶瓷超聲波換能器，中心頻率1Mhz的 驅動問題

這樣信號很弱，一般都要加一個功率放大。

❻ 分析壓電陶瓷換能器的工作原理

壓電陶瓷換能器的工作原理是一種人工焙燒製造的可應用於多領域的多晶材料。通過外加電場和外部施加壓力的作用，使材料的外部彈性形變和內部電級化發生相互轉換，稱為電致伸縮效應。燒結而成的鐵電體通過電場的極化處理，讓雜亂的內部極化現象變得規律有序，產生壓電特性。

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由於超聲技術的非接觸性等優點，嘗試把壓電陶瓷超聲換能器應用在液體濃度檢測系統當中。系統中的晶元採用的是Spartan 3E系列FPGA。壓電陶瓷換能器在其中擔當著發射信號和接收信號的重要功能。把換能器產生的一定頻率和幅值的超聲信號通過發射電路打入液體內部，經過液體對信號的衰減，從接收換能器端可以接收到帶有液體濃度信息的信號。

再通過聲衰減法的分析，有效得出液體的近似濃度。系統的軟體設計包括主程序，超聲測量程序，脈沖控製程序，脈沖收發程序，ADC採集控製程序以及時鍾和報警程序。

❼ 超聲波換能器的結構是怎樣的

使用超聲波換能器最主要考慮的問題就是與輸入輸出端的匹配，其次是機械安裝和配合尺寸。換能器的頻率相對而言還比較直觀些。該頻率是指用頻率（函數）發生器，毫伏表，示波器等通過傳輸線路法測得的頻率，或用網路阻抗分析儀等類似儀表測得的頻率。一般通稱小信號頻率。客戶將超聲波換能器通過電纜連到驅動電源上，通電後空載或有載時測得的實際工作頻率。因客戶匹配電路各不相同，同樣的超聲波換能器在不同的驅動電源表現出來的頻率是不同的，這樣的頻率不能作為討論的依據。
1、使用超聲波換能器時易出現的問題
使用時常見的問題是晶片開裂、無力、過載、電極片打火、電極片開裂、發熱、漏波、晶片錯位。
此類問題的出現，原因可以歸為三類。其一是客戶的驅動電源或模具及裝配有問題，其二是我們的換能器及變幅桿有問題，第三是雙方的產品都沒有問題，但不匹配。
第一種情況：客戶的驅動電源或模具有問題
我們建議客戶積極的查找原因，或與我們公司技術人員溝通，盡快改進。

第二種情況：我們的超聲波換能器及變幅桿有問題
這種情況也會發生，只不過發現的可能性比較小。我們公司專業生產各種生產大功率超聲波換能器，變幅桿所有的產品質量在國內都處在較高的水平。而且同時有 ISO9000 質量認證體系和嚴格的工藝和檢驗，我們超聲波換能器產品的質量是有保證的。我們出廠產品的合格率是 100% 。

第三種情況：雙方的產品都沒有問題，但不匹配。
這是最常見的，就是客戶的驅動電源是好的，超聲波換能器也是好的，組裝也是正常的，但是各部分不匹配。引起不匹配的主要參數是超聲波換能器的頻率和電容量。針對這一情況，解決的辦法是客戶調整自己的驅動電源的匹配參數以適合我們的超聲波換能器，第二個辦法是客戶再仔細研究一下自己的機箱和原來使用的換能器的各項參數，總而言之，只要你能提供准確的參數要求，我們可以保證提供給您合適的換能器。

2、 超聲波換能器各部件裝配注意事項
超聲波振動系統的各個部件，如換能器、變幅桿、工具頭等主要部分是通過中心螺栓連接的。
1 、 檢查接觸面應平整光滑無傷痕，若有傷痕，用零號以上的金相砂紙輕輕打磨。要求既能將缺陷磨平，又不破壞接觸面的平面度。
2 、 用易揮發無腐蝕性的清潔劑清潔螺絲、螺孔和接觸面。
3 、 徹底清潔螺絲、螺孔和接觸面。
4 、 所有連接螺孔應垂直於接觸面。
5 、 擰緊前在接觸面上塗薄薄一層黃油或凡士林注意不要塗到連接螺絲及螺孔上。
6 、小心地將二個部件擰緊。根據連接螺絲規格的不同，控制合適的擰緊力矩。在可能的情況下，應擰的適當緊一點。
7、若重新松開結合面後應該看不到有任何傷痕。
8 、用手摸振動系統振幅均勻，無怪聲，無局部嚴重發熱。
9 、工作一段時間後重新送開結合面應沒有氧化或燒蝕痕跡，否則就說明此處接觸不好，超聲波能量在這里損失嚴重。
3、 超聲波換能器的工作溫度
超聲波換能器使用時會發熱，這主要是由三個原因引起的。其一是被焊工件會發熱或被超聲波處理的物質會發熱，或模具（工具頭）、變幅桿長時間工作會發熱，這些熱量都會傳遞到換能器上。其二是換能器本身的功率損耗。既然做不到能量轉換效率 100% ，損耗的那部分能量必然轉換成熱量。溫升會導致超聲波換能器參數變化，逐漸偏移最佳匹配狀態，更嚴重的是溫升會導致壓電陶瓷晶片性能的劣化。這反過來又促使超聲波換能器工作狀態更壞，更快地升溫，這是一個惡性循環。所以我們必須給以超聲波換能器良好的冷卻條件，一般是常溫風冷；如有必要，也可採用冷風風冷。在正常情況下，這兩點引起的溫升也是正常的，在正常的冷卻條件下，不會有大的問題。

❽ 壓電式超聲波換能器原理是什麼

超聲換能器是將電能轉化為機械振動並放大振幅的部件，主要包括超聲換能器，超聲波變幅桿和超聲波焊頭。超聲波塑料焊接機上的超聲換能器的工作原理，就是利用壓電陶瓷材料的逆壓電效應產生振動工作的。

將一壓電晶體置於外電場中，在電場的作用下，引起晶體內部正負電荷重心的移動，這一極化位移又導致晶體發生形變，這就叫做逆壓電效應。

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超聲波換能器的應用十分廣泛,它按應用的行業分為工業、農業、交通運輸、生活、醫療及軍事等。按實現的功能分為超聲波加工、超聲波清洗、超聲波探測、檢測、監測、遙測、遙控等；按工作環境分為液體、氣體、生物體等;按性質分為功率超聲波、檢測超聲波、超聲波成像等。

超聲波清洗的機理是利用超聲波在清洗液中傳播時的空化、輻射壓、聲流等物理效應, 對清洗件上的污物產生的機械起剝落作用, 同時能促進清洗液與污物發生化學反應, 達到清洗物件的目的。超聲波清洗機所用的頻率根據清洗物的大小和目的可選用10～500 kHz, 一般多為20～50 kHz。

❾ 壓電換能器的工作原理和應用

超聲波換能器，利用與其諧振頻率相同的壓電陶瓷的壓電效應，將電能轉換為機械振動。通常先由超聲波發生器產生超聲波，經超聲波換能器將其轉換為機械振動，再經超聲波導出裝置、超聲波接收裝置便可產生超聲波。所以，作為一種能量轉換器件，超聲波換能器的功能是將輸入的電功率轉換成機械功率（即超聲波）再傳遞出去，而其自身則消耗很少的一部分功率。

Uson-21超聲波液位計

超聲波換能器的結構主要有外殼、聲窗（匹配層）、壓電陶瓷圓盤換能器、背襯、引出電纜、接收器等幾大部分組成。其中，壓電陶瓷圓盤換能器具有大多數換能器相同的作用，主要用於發射並接收超聲波；超聲波接收器在壓電陶瓷圓盤換能器的上面，主要由引出電纜、換能器、金屬圓環和橡膠墊圈組成，接收壓電陶瓷圓盤換能器頻帶外產生的多普勒回撥信號。

二、超聲波換能器的應用

超聲波換能器具有十分廣泛的應用，按應用的行業劃分，可分為工業、農業、交通運輸、生活、醫療及軍事等；按實現的功能劃分，可分為超聲波加工、超聲波清洗、超聲波探測、檢測、監測、遙測、遙控等；按工作環境劃分，可分為液體、氣體、生物體等；按性質劃分，可分為功率超聲波、檢測超聲波、超聲波成像等

❿ 超聲波換能器的參數怎麼測量

超聲波換能器，包括外殼(1)、匹配層即聲窗(2)、壓電陶瓷圓盤換能器(3)、背襯(4)、引出電纜(5)，其特徵在於它還包括Cymbal陣列接收器，它由引出電纜(6)、8～16隻Cymbal換能器(7)、金屬圓環(8)、(9)和橡膠墊圈(10) 組成；Cymbal陣列接收器位於圓盤式壓電換能器3之上；壓電陶瓷圓盤換能器用作基本的超聲波換能器，由它發射和接收超聲波信號；Cymbal陣列接收器位於圓盤式壓電換能器之上，作為超聲波接收器，用於接收圓盤換能器頻帶之外的多普勒回波信號。

主要適用與超聲波塑料焊接機、超聲波金屬焊接機，超聲波清洗機，氣相機，三氯機等