實現(xiàn)電能、機械能或聲能從一種形式的能量轉換為另一種形式的能量的裝置稱為換能器,也稱有源傳感器。換能器是超聲波設備的核心器件,其特性參數(shù)決定整個設備的性能。
中文名稱 | 換能器 | 別稱 | 有源傳感器 |
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運用領域 | 超聲波設備的核心器件 | 類別 | 磁致伸縮和壓電晶體兩大類 |
按組成換能器的壓電元件形狀分為薄板形, 圓片形, 圓環(huán)形, 圓 管形, 圓棒形, 薄殼球形, 壓電薄膜等;
按振動模式分為伸縮振動, 彎曲振動, 扭轉振動等;
按伸縮振動的 方向分為厚度, 切向, 縱向, 徑向等;
按壓電轉換方式 分為發(fā)射型 ( 電-聲轉換) , 接收型 ( 聲-電轉換) , 收發(fā)兼用型等.
按傳播介質分為液介, 固介, 氣介等。
換能器應用
超聲波是通過換能器將高頻電能轉換為機械振動。換能器的特性取決與選材和制作工藝,同樣尺寸外形的換能器的性能和使用壽命是千差萬別的。常用的大功率超聲波換能器,應用于超聲波塑料焊接機、超聲波金屬焊接機、各種手持式超聲波工具、連續(xù)工作的超聲波乳化均質器、霧化器、超聲波雕刻機等設備。常用的 15KHz 20KHz 28KHz 35KHz 40KHz 55KHz 70KHz等產(chǎn)品 還可以根據(jù)客戶特殊要求設計制作非標換能器,以滿足各種需求。
磁致伸縮有鎳片換能器和鐵氧體換能器。
鐵氧體換能器的電聲轉換效率比較低,使用一、二年后效率下降,甚至幾乎喪失電聲轉換能力。鎳片換能器的工藝復雜,價格昂貴,所以很少使用。最成熟可靠的是以壓電效應實現(xiàn)電能與聲能相互轉換的器件,稱為壓電換能器。
壓電效應將電信號轉換為機械振動。這種換能器電聲轉換效率高,原材料價格便宜,制作方便,也不容易老化。
常用的材料有石英晶體、鈦酸鋇和鋯鈦酸鉛。
石英晶體的伸縮量太小,3000V電壓才產(chǎn)生0.01um以下的變形。鈦酸鋇的壓電效應比石英晶體大20-30倍,但效率和機械強度不如石英晶體。鋯鈦酸鉛具有二者的優(yōu)點,可用作超聲波清洗,探傷和小功率超聲波加工的換能器。壓電換能器的應用十分廣泛, 它按應用的行業(yè)分為工業(yè)、 農(nóng)業(yè)、 交通運輸、生活、醫(yī)療及軍事等。
按實現(xiàn)的作用分為超聲波加工、 超聲波清洗、 超聲波探測以及超聲波霧化等。
換能器主要有磁致伸縮和壓電晶體兩大類。
極化的壓電陶瓷在周期周期信號激勵下,產(chǎn)生伸縮振動。推動周圍媒介運動-此為發(fā)射換能器。一般結構為1/2波長振子、極化的壓電陶瓷,在媒介的推動下,產(chǎn)生伸縮振動,產(chǎn)生電信號。此為接收換能器。換能器:...
超聲波振子受潮,可以用兆歐表檢查與換能器相連接的插頭,其中2腳為超聲波 換能器的正極, 3腳是換能器的負極而且與換能器的外殼相連。檢查,2 3 腳間的絕緣 電阻值就可以判斷基本情況,一般要求絕緣 電阻...
振子只是一種俗稱。振子一定是超聲波換能器,超聲波換能器不一定是大家說的振子。超聲波換能器的中心頻率會在一定范圍內漂移,比如高低溫。但是換能器都有一定的帶寬,實際發(fā)射頻率是根據(jù)你的脈沖的頻率的。
換能器是一種能量轉換器件,其性能描述和評價需要許多參數(shù). 換能器的特性參數(shù)包括共振頻率、頻帶寬度、機電耦合系數(shù)、電聲效率、機械品質因數(shù)、阻抗特性、頻率特性、指向性、發(fā)射及接收靈敏度等等. 不同用途的換能器對性能參數(shù)的要求不同,例如,對于發(fā)射型換能器,要求換能器有大的輸出功率和高的能量轉換效率;而對于接收型換能器,則要求寬的頻帶和高的靈敏度及分辨率等. 因此,在換能器的具體設計過程中,必須根據(jù)具體的應用,對換能器的有關參數(shù)進行合理的設計.
為了確定換能器的工作狀態(tài),必須求出它的機械振動系統(tǒng)的狀態(tài)方程式和電路系統(tǒng)狀態(tài)方程式.換能器機械系統(tǒng)的狀態(tài)方程式(簡稱為機械振動方程)是換能器處于工作狀態(tài)時,描寫它的機械振動系統(tǒng)的力和振速的關系式,而電路系統(tǒng)的狀態(tài)方程式(簡稱電路狀態(tài)方程式)是描寫電路系統(tǒng)的振動特性的. 由于換能器的機械系統(tǒng)和電路系統(tǒng)是互相耦合的,所以機械系統(tǒng)的振動會影響到電路的平衡,而電路的變化也會影響到機械系統(tǒng)的振動,因此我們總是利用這些方程組分析、討論換能器的工作特性.
由上述換能器的三組基本關系式,可以對應地作出換能器三種形式的等效圖. 第一種是等效機械圖,將換能器等效為一個純機械系統(tǒng)的等效圖;第二種是把機械一邊的元件和參量,通過機電轉換化為電路一邊的元件和參量,即把一個換能器等效為一個純電路系統(tǒng),稱此為等效電路圖;第三種稱為等效機電圖,同時包含電路一邊和機械一邊的等效圖. 利用這些等效圖可以簡便地求出換能器的若干重要的性能指標.
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評分: 4.5
在氣井開采的中、后期,氣井底部往往積水,使采收率下降。文章介紹了超聲排水采氣換能器的設 計,該換能器采用縱向復合式換能器振子和四分之一波長聚能器的組合結構,聚能器設計成階梯結構,壓電陶瓷采 用大功率發(fā)射材料,前蓋板采用硬鋁,后蓋板采用20鋼。壓電陶瓷的居里點為330℃,故該裝置適合于深井、高溫 條件下使用,并且具有每小時霧化量大,體積小,成本較低等特點。
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評分: 4.8
超磁致伸縮材料能量密度高,導熱性相對較好,由其制造的功率超聲換能器能做成很大功率,但因為此類換能器總處在高強度高頻率磁場中工作,各種損耗很嚴重,帶來的熱量非常大,而超磁致伸縮材料對外界溫度又很敏感,故熱分析是該類換能器設計的重要方面。該文設計了換能器及其冷卻系統(tǒng),以考慮渦流損失和附加損失的Jile-Atherton模型為基礎,提取了模型參數(shù),計算得到了換能器的損耗總量;用有限元方法計算了冷卻水流場分布和換能器溫度場分布;對樣機進行了試驗,實驗與計算結果吻合良好。
內容介紹
《壓電換能器和換能器陣》(修訂版)內容由淺入深,著重闡明壓電換能器和換能器陣的基礎理論,對換能器和換能器陣中所涉及的重要問題作了重點討論,并概述了發(fā)展動態(tài)。全書共十五章,第一章為引言;第二、三、四章為壓電換能器的基礎知識;第五、六、七、八章介紹了幾種常見的典型壓電換能器;第九章介紹壓電換能器的暫態(tài)效應;第十章介紹同種新型換能器;第十一章討論了壓電彈性體的數(shù)值分析方法;第十二章介紹了換能器主要參數(shù)的測量方法;第十三章為換能器陣的理論基礎;第十四、十五章介紹了均勻和非均勻換能器陣;第十六章簡要介紹了幾種新型換能器陣。
醫(yī)療超聲換能器的種類,可以按照換能器工作時所產(chǎn)生的波束的多少,分為單波束和多波束。少到單個波束,多到256個波束。按換能器陣元的空間排列的維數(shù),又可以分為一維陣(一維線陣,一維凸線陣,一維相控陣),1.5維,1.75維,或兩維聲學基陣。根據(jù)換能器工作頻率的范圍,可以分為低頻,高頻換能器。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。
通常我們所說的為電聲換能器,能夠發(fā)射聲波的換能器叫發(fā)射器;用來接收聲波的換能器叫接收器。例如壓電蜂鳴器就屬于電-聲換能器,通??梢杂米鲌缶鞯?。