超聲換能器是一種將電能轉換為機械能的裝置，它是超聲技術的核心部分，被譽為“工業(yè)之花”。在超聲技術中，超聲換能器被廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)藥、食品、航天、軍事等領域。作為功率放大器的一個主要應用方向之一，今天Aigtek就帶大家一起深入了解一下超聲換能器。

　　基本概念

　　超聲換能器，即是諧振于超聲頻率的壓電陶瓷，是利用材料的壓電效應，將電能轉變成機械能的一種裝置，也就是將電能轉換成機械能。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(tǒng)。

　　它是由一塊由金屬制成的壓電晶體，或稱之為壓電陶瓷片組成。它在受到電壓作用時，就會在壓電晶體上產生相應的機械振動，這種機械振動的能量就轉化成了電能。

　　當換能器用作發(fā)射器時，從激勵電源送來的電振蕩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(tǒng)產生一個推動力，使其進入振動狀態(tài)，從而推動與換能器機械振動系統(tǒng)相接觸的介質發(fā)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(tǒng)發(fā)生振動，借助某種物理效應，引起換能器儲能元件中的電場或磁場發(fā)生相應的變化，從而引起換能器的電輸出端產生一個相應于聲信號的電壓和電流。

　　超聲換能器的分類

　　超聲換能器的種類很多，按其工作原理和特點，大致可分為如下幾類：

　　壓電式超聲換能器：包括陶瓷、石英、壓電陶瓷、壓電晶體、壓電陶瓷-金屬復合膜等。

　　電容式超聲換能器：包括鐵電薄膜、金屬-絕緣體復合薄膜等。

　　磁電式超聲換能器：包括鐵磁材料、非鐵磁性材料等。

　　根據(jù)換能器工作頻率的范圍，可以分為低頻，高頻換能器。例如，在醫(yī)療超聲設備中：

　　低頻換能器可以到500KHz，甚至更低到20KHz，

　　高頻換能器目前則可以到50MHz

　　如果按照換能器制作的材料來區(qū)分，那又可以分為壓電陶瓷換能器，壓電薄膜換能器，壓電厚膜換能器，壓電單晶換能器，復合材料換能器，微機械加工的電容式換能器，微機械加工的壓電式換能器等。

　　超聲換能器性能分析

　　超聲換能器性能的好壞，直接影響超聲加工的質量和效率，因此必須對換能器的性能進行全面地了解。

　　1、頻率范圍：工作頻率應在超聲波換能器的實際工作頻率范圍內。

　　2、功率因數(shù)是指換能器輸出功率與輸入功率之比。

　　3、效率：效率是指超聲換能器將電能轉換為機械能的效率，即電能利用程度。

　　4、輸出電壓是指換能器將機械能轉換成超聲信號的電壓值，即超聲功率。

　　5、噪聲：換能器在工作過程中所產生的噪聲稱為噪聲。

　　超聲換能器主要應用

　　1、超聲清洗：超聲波清洗廣泛應用于化工、冶金、食品、醫(yī)藥、電子等工業(yè)中，其顯著的優(yōu)點是：清洗過程不接觸工件，對工件無損壞，并能除油除銹，除去表面附著物，可對精密零件進行表面處理和除銹。

　　2、超聲焊接：利用超聲波的空化作用，使金屬材料內部產生高溫高壓的高溫區(qū)，使其熔合。在焊接過程中產生的高溫高壓可以直接用于焊接熱成型和機械加工等領域。

　　3、超聲切割：利用超聲振動切割金屬材料的斷口和切口表面，可用于切割各種金屬和非金屬材料。

　　4、超聲馬達

　　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于超聲波頻率的振動,然后靠定子和轉子間的摩擦力來傳遞能量,帶動轉子轉動，它廣泛應用于光學儀器、激光、半導體微電子工藝、精密機械與儀器、機器人、醫(yī)學與生物工程領域。

　　壓電陶瓷變壓器

　　壓電陶瓷變壓器是利用極化后壓電體的壓電效應來實現(xiàn)電壓輸出的。其輸入部分用正弦電壓信號驅動,通過逆壓電效應使其產生振動，振動波通過輸入和輸出部分的機械耦合到輸出部分,輸出部分再通過正壓電效應產生電荷,實現(xiàn)壓電體的電能-機械能-電能的兩次變換，在壓電變壓器的諧振頻率下獲得最高輸出電壓。在某些領域成為電磁變壓器的理想替代元件等優(yōu)點。此類變壓器用于開關轉換器、筆記本電腦、氖燈驅動器等。

　　超聲換能器因其體積小,質量輕,功率密度高,效率高,耐擊穿,耐高溫,不怕燃燒,無電磁干擾和電磁噪聲,且結構簡單、便于制作等眾多優(yōu)勢，被看做是電磁變壓器的理想替代件，在工業(yè)、農業(yè)、交通運輸、生活、醫(yī)療及軍事等領域有著廣泛應用。

　　應用案例：電壓放大器在壓電薄膜超聲換能器實驗中的應用

　　實驗目的:基于壓電薄膜超聲換能器基本原理，根據(jù)聲頻定向基本理論和具體應用場景，通過對比傳統(tǒng)壓電換能器結構，提出了適用于本課題應用需求的多層圓形壓電薄膜結構為陣元結構并對其進行聲學特性的理論分析

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　　同時該系列功率放大器，可輸出理想的單端及差分信號，并設計了良好的過壓，過流，短路保護裝置，同時為了更好的為超聲換能器測試客戶應用，提供的完善的阻抗匹配網絡，方便用戶選擇對應的匹配阻抗。

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