压电陶瓷声波换能器检测装置

❶ 超声波换能器组成及工作原理

1、超声波换能器组成：超声波换能器由外壳、匹配层、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出电缆和Cymbal阵列接收器组成。压电陶瓷圆盘换能器采用厚度方向极化的PZT-5压电材料制成，Cymbal阵列接收器由8～16只Cymbal换能器、两个金属圆环和橡胶垫圈组成。

2、超声波换能器工作原理：超声波传感器是利用超声波的特性研制而成 的传感器。超声波是一种振动频 率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够 成为射线而定向传播等特点。

(1)压电陶瓷声波换能器检测装置扩展阅读：

超声波换能器的应用：

超声波换能器应用 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。

压电陶瓷变压器 压电陶瓷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。

超声波马达 超声波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波频率的振动, 然后靠定子和转子间的摩擦力来传递能量, 带动转子转动。

超声波清洗 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。

超声波焊接 超声波焊接有超声波金属焊接和超声波塑料焊接两大类。

❷ 分析压电换能器的工作原理

某些单晶材料的结构具有非对称特性，当这些材料在外加应力作用下发生应变时，其内部晶格结构（变形）的变化将破坏原来的电中性宏观状态，产生极化电场（电化），所产生的电场（电极化强度）与应变的大小成正比。这种现象被称为正压电效应，是1880年居里兄弟发现的。

随后，在1881年，人们进一步发现这种单晶材料也具有逆压电效应，即当正压电效应的材料受到外加电场的作用时，会有应力和应变产生，其应变与外电场的大小成正比。因压电换能器电声效率高、功率容量大以及结构和形状可以根据不同的应用分别进行设计，在功率超声领域应用广泛。

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压电换能器的主要特点是电声转换效率高，特别是接收灵敏度高，但其机械强度低（脆性大），因此在高功率应用中受到限制（不过目前的最新技术已能达到数百瓦到上千瓦的声辐射功率）。另外，一些单晶材料容易溶于水而失效（水解）。

压电换能器是不分正负极的。因为压电换能器是交流驱动的。但是，与清洗和焊接传感器一样，为了方便起见，与前后盖板连接的电极通常被视为负电极。用于检测的传感器，如果是金属外壳，通常将金属外壳与压电传感器连接，当屏蔽用，这个当负极。

❸ 超声波换能器是干啥的

超声波换能器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。
超声波换能器，要解决的技术问题是设计一种作用距离大、频带宽的超声波换能器。
换能器由外壳、匹配层、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出电缆和Cymbal阵列接收器组成。压电陶瓷圆盘换能器采用厚度方向极化的PZT-5压电材料制成，Cymbal阵列接收器由8～16只Cymbal换能器、两个金属圆环和橡胶垫圈组成。本发明的作用距离大于35m，频带宽度达到10kHz，能检测高速移动的远距离目标。

❹ 超声波换能器的常见问题

一、超声波换能器使用中的常见问题

超声波焊接有超声波金属焊接和超声波塑料焊接两大类。其中超声波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。

常见的问题

1、超声波换能器的晶片开裂、无力、易过载、电极片打火、电极片开裂、发热严重、怪声、漏波、晶片错位等

出现这类情况大致由于以下3种原因导致的

第一、超声波发生器（超声波电源或超声波电箱）或模具（超声波焊头/焊头）及装配有问题。

解决办法：检查这些部件安装是否存在问题，如果还是找不到原因，可以联系我们在线技术人员帮你解答，排查并解决问题。

第二、换能器、增幅器有问题。

解决办法：这种情况发生的可能性比较小，但是也会发生，

第三、双方的产品都没有问题，电容量和频率不匹配。

这是最常见的情况，若输入匹配不好，则表现为换能器无力，焊不牢。会造成换能器会过载，导致晶片错位开裂，破碎，螺杆断，铝裂或烧电箱功率管等情况。不过现在超声波设备都安装了自动检测，和过载保护报警装置，能有效的防止设备损坏的可能性。

解决办法：必须配置同频率超声波发生器、换能器、焊头在一起使用。

2、换能器无力，焊不牢；重者换能器发热严重

如前所述 因为陶瓷片是绝缘体，你几乎可以理解为换能器是不通电的，它只是相当于一个电容器。要使换能器工作，实际上是通过驱动电路对它施加交流高电压，让换能器的电容充放电。压电陶瓷片在交变电场的作用下做同步伸缩变形，形成了整个换能器的纵向振动，从而带动变幅杆和模具振动。所以，若电容匹配不好，轻者是换能器无力，焊不牢；重者换能器发热严重，烧电极片、烧电源的大功率管。

解决办法：匹配好电容

3、换能器电极片（耳朵）振裂或烧掉

而且随着长时间连续工作，换能器的温度会升高，导致电容也会升高且变化量可能会超过 50% ，若不能将电容有效地匹配掉，就会造成回路中电流电压相位差很大，功率因素很低，虚功高。看看电流很大，但换能器没力，易发热，且电源的功率器件也容易发热损坏。一般换能器电极片（耳朵）振裂或烧掉很可能就是由此引起的。

解决办法：暂停使用，等到设备冷却后在开机工作，一般不是连续发震，超负荷工作的这种情况出现的比较少。

一、超声波换能器工作原理

超声波换能器又叫超声波振子，将超声波发生器输出的电能或者磁能转换成相同频率的机械振动，超声焊接机用的换能器，目前有两种，第一种是，磁致伸缩型换能器，第二种是压电陶瓷换能器。第一种由于效率低，性价比低，还需外加直流极化磁场，因此目前超声焊接机已经很少使用。

现在超声波焊接机设备大多采用的是第二种压电陶瓷换能器。由材料的压电效应将电信号转换为机械振动。医用超声换能器（超声探头）的工作原理大体是相同的，其内部通常都包含一个电的储能元件和一个机械振动系统。当换能器用作发射器时，从激励电源送来的电振荡信号将引起换能器中电储能元件中电场或磁场的变化，这种变化通过某种效应对换能器的机械振动系统产生一个推动力，使其进入振动状态，从而推动与换能器机械振动系统相接触的介质发生振动，向介质中辐射声波。接收声波的过程正好与此相反，外来声波作用在换能器的振动面上，从而使换能器的机械振动系统发生振动，借助某种物理效应，引起换能器储能元件中的电场或磁场发生相应的变化，从而引起换能器的电输出端产生一个相应于声信号的电压和电流。

❺ 压电陶瓷超声波换能器，中心频率1Mhz的 驱动问题

这样信号很弱，一般都要加一个功率放大。

❻ 分析压电陶瓷换能器的工作原理

压电陶瓷换能器的工作原理是一种人工焙烧制造的可应用于多领域的多晶材料。通过外加电场和外部施加压力的作用，使材料的外部弹性形变和内部电级化发生相互转换，称为电致伸缩效应。烧结而成的铁电体通过电场的极化处理，让杂乱的内部极化现象变得规律有序，产生压电特性。

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由于超声技术的非接触性等优点，尝试把压电陶瓷超声换能器应用在液体浓度检测系统当中。系统中的芯片采用的是Spartan 3E系列FPGA。压电陶瓷换能器在其中担当着发射信号和接收信号的重要功能。把换能器产生的一定频率和幅值的超声信号通过发射电路打入液体内部，经过液体对信号的衰减，从接收换能器端可以接收到带有液体浓度信息的信号。

再通过声衰减法的分析，有效得出液体的近似浓度。系统的软件设计包括主程序，超声测量程序，脉冲控制程序，脉冲收发程序，ADC采集控制程序以及时钟和报警程序。

❼ 超声波换能器的结构是怎样的

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。客户将超声波换能器通过电缆连到驱动电源上，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，同样的超声波换能器在不同的驱动电源表现出来的频率是不同的，这样的频率不能作为讨论的依据。
1、使用超声波换能器时易出现的问题
使用时常见的问题是晶片开裂、无力、过载、电极片打火、电极片开裂、发热、漏波、晶片错位。
此类问题的出现，原因可以归为三类。其一是客户的驱动电源或模具及装配有问题，其二是我们的换能器及变幅杆有问题，第三是双方的产品都没有问题，但不匹配。
第一种情况：客户的驱动电源或模具有问题
我们建议客户积极的查找原因，或与我们公司技术人员沟通，尽快改进。

第二种情况：我们的超声波换能器及变幅杆有问题
这种情况也会发生，只不过发现的可能性比较小。我们公司专业生产各种生产大功率超声波换能器，变幅杆所有的产品质量在国内都处在较高的水平。而且同时有 ISO9000 质量认证体系和严格的工艺和检验，我们超声波换能器产品的质量是有保证的。我们出厂产品的合格率是 100% 。

第三种情况：双方的产品都没有问题，但不匹配。
这是最常见的，就是客户的驱动电源是好的，超声波换能器也是好的，组装也是正常的，但是各部分不匹配。引起不匹配的主要参数是超声波换能器的频率和电容量。针对这一情况，解决的办法是客户调整自己的驱动电源的匹配参数以适合我们的超声波换能器，第二个办法是客户再仔细研究一下自己的机箱和原来使用的换能器的各项参数，总而言之，只要你能提供准确的参数要求，我们可以保证提供给您合适的换能器。

2、 超声波换能器各部件装配注意事项
超声波振动系统的各个部件，如换能器、变幅杆、工具头等主要部分是通过中心螺栓连接的。
1 、 检查接触面应平整光滑无伤痕，若有伤痕，用零号以上的金相砂纸轻轻打磨。要求既能将缺陷磨平，又不破坏接触面的平面度。
2 、 用易挥发无腐蚀性的清洁剂清洁螺丝、螺孔和接触面。
3 、 彻底清洁螺丝、螺孔和接触面。
4 、 所有连接螺孔应垂直于接触面。
5 、 拧紧前在接触面上涂薄薄一层黄油或凡士林注意不要涂到连接螺丝及螺孔上。
6 、小心地将二个部件拧紧。根据连接螺丝规格的不同，控制合适的拧紧力矩。在可能的情况下，应拧的适当紧一点。
7、若重新松开结合面后应该看不到有任何伤痕。
8 、用手摸振动系统振幅均匀，无怪声，无局部严重发热。
9 、工作一段时间后重新送开结合面应没有氧化或烧蚀痕迹，否则就说明此处接触不好，超声波能量在这里损失严重。
3、 超声波换能器的工作温度
超声波换能器使用时会发热，这主要是由三个原因引起的。其一是被焊工件会发热或被超声波处理的物质会发热，或模具（工具头）、变幅杆长时间工作会发热，这些热量都会传递到换能器上。其二是换能器本身的功率损耗。既然做不到能量转换效率 100% ，损耗的那部分能量必然转换成热量。温升会导致超声波换能器参数变化，逐渐偏移最佳匹配状态，更严重的是温升会导致压电陶瓷晶片性能的劣化。这反过来又促使超声波换能器工作状态更坏，更快地升温，这是一个恶性循环。所以我们必须给以超声波换能器良好的冷却条件，一般是常温风冷；如有必要，也可采用冷风风冷。在正常情况下，这两点引起的温升也是正常的，在正常的冷却条件下，不会有大的问题。

❽ 压电式超声波换能器原理是什么

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。

(8)压电陶瓷声波换能器检测装置扩展阅读：

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。

❾ 压电换能器的工作原理和应用

超声波换能器，利用与其谐振频率相同的压电陶瓷的压电效应，将电能转换为机械振动。通常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。所以，作为一种能量转换器件，超声波换能器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，而其自身则消耗很少的一部分功率。

Uson-21超声波液位计

超声波换能器的结构主要有外壳、声窗（匹配层）、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出电缆、接收器等几大部分组成。其中，压电陶瓷圆盘换能器具有大多数换能器相同的作用，主要用于发射并接收超声波；超声波接收器在压电陶瓷圆盘换能器的上面，主要由引出电缆、换能器、金属圆环和橡胶垫圈组成，接收压电陶瓷圆盘换能器频带外产生的多普勒回拨信号。

二、超声波换能器的应用

超声波换能器具有十分广泛的应用，按应用的行业划分，可分为工业、农业、交通运输、生活、医疗及军事等；按实现的功能划分，可分为超声波加工、超声波清洗、超声波探测、检测、监测、遥测、遥控等；按工作环境划分，可分为液体、气体、生物体等；按性质划分，可分为功率超声波、检测超声波、超声波成像等

❿ 超声波换能器的参数怎么测量

超声波换能器，包括外壳(1)、匹配层即声窗(2)、压电陶瓷圆盘换能器(3)、背衬(4)、引出电缆(5)，其特征在于它还包括Cymbal阵列接收器，它由引出电缆(6)、8～16只Cymbal换能器(7)、金属圆环(8)、(9)和橡胶垫圈(10) 组成；Cymbal阵列接收器位于圆盘式压电换能器3之上；压电陶瓷圆盘换能器用作基本的超声波换能器，由它发射和接收超声波信号；Cymbal阵列接收器位于圆盘式压电换能器之上，作为超声波接收器，用于接收圆盘换能器频带之外的多普勒回波信号。

主要适用与超声波塑料焊接机、超声波金属焊接机，超声波清洗机，气相机，三氯机等