超声波换能器

    超声波换能器是一种能量转换的器件，实现电能、机械能或声能从一种形式的能量转换为另一种形式的能量装置。又称超音波换能器、有源传感器。其中较为成熟可靠的是以压电效应实现电能与声能相互转换的器件，又称压电换能器。

 超声波换能器的组成 

    几乎所有用于功率超声的压电换能器都是郎之万（Langevin）类型的，即，一个或多个压电陶瓷在前驱动器和后驱动器之间进行机械压缩（预应力）。

超声波换能器主要由前后驱动器、压电陶瓷、预紧螺杆和电极片组成，具体组成详见下图。

  后驱动器：压电换能器背面的圆柱形元件，后驱动器紧靠最后一片压电陶瓷，并通常通过预紧螺栓施加预紧压力。

  前驱动器：将换能器的超声波能量传送到变幅杆或工具头，前驱动器通常还包括用于外壳的安装法兰。

  压电陶瓷：压电陶瓷是换能器的心脏，将超声波发生器的电信号转换为线性的机械振动的一种元器件。

  预紧螺杆：单个堆叠螺栓穿过前后驱动器和陶瓷片的中心孔。拧紧该螺栓后，陶瓷片将在后驱动器和前驱动器之

         间被压缩，从而对陶瓷片施加所需的预应力，产生压电效应。

  电极圆片：在相邻压电陶瓷之间的一种薄型导电圆片，接入驱动换能器所需的正负极电源。

 超声波换能器的匹配 

    压电换能器的匹配问题是非常重要的，这关系到它的工作性能和使用寿命问题。

   频率匹配的重要性。因为超声波压电换能器只能在它的谐振频率(Fs)点工作，所以平匹超声波发生器(驱动电源)、变幅杆和工具头(模具)时都应该在这个频率下工作。一般来说，我们希望它们之间的频率差别不要超过±0.1KHz这个范围，能更小一点最好。另外我们强烈建议配套的工具头(模具)的频率低于振子(换能器+变幅杆)频率0.1KHz左右。同时还考虑到，换能器连上变幅杆和工具头(模具)后，整体的谐振频率峰会变得很尖锐，即带宽(△f)很窄，机械品质因素(Qm)很大，频率偏移一点就会造成阻抗(R1)很大的增加。反应在超声波发生器上就是电流、电功率、振幅很大或过载报警。若刚好是空载调机，很可能会造成换能器陶瓷晶片错位、碎裂或中心预紧螺栓的断裂。

   频率匹配和阻抗匹配主要是考虑到超声波振动系统的间隙式工作，负载变化大，作功时需要有足够的功率输出，空载时要控制在最小振幅。否则空载功率很大，会损坏换能器。负载时功率上不去，达不到需要的效果，还是没用的。

 换能器的常见问题 

  在换能器的使用过程中出现陶瓷晶片开裂或错位、发热严重、电极片开裂、电极片打火、输出无力、装配漏波等问题，我们认为主要有以下两点原因：

  变幅杆、工具头(模具)装配问题；这是最常见的，就是变幅杆、工具头(模具)和换能器组装匹配时频率差值过大和动态阻抗偏高。此时客户就需要根据小信号(换能器参数测试仪)测得的数据进行调整或更换。

  发生器连接匹配问题；对于这种情况，主要是发生器和换能器的频率和电容量的不匹配。当遇到此类情况，客户应及时根据换能器的参数，调整发生器与之对应的相关电性参数，进行匹配调试。

     压电换能器的应用 

   超声波压电换能器的应用十分广泛，按实现功能分为超声波清洗、超声波焊接、超声波切割、超声波检测、探测、检测、遥测等；按性质分为功率超声、检测超声、超声成像等；按应用方向分为工业、农业、交通运输、医疗及军事等