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超声波换能器

超声波换能器

作者:test    来源:未知    发布时间:2021-01-25 16:37    浏览量:

超声波换能器是一种能量转换器件,它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。这种电能到机械能的转换,可以通过压电陶瓷或磁致伸缩材料来实现。

超声波换能器的制作工艺取决于具体的应用,许多工艺可能会出现相互冲突,需要给予不同的优先级。因此,没有一套指导方针可以涵盖所有要求,为了达到既定的目标,有许多不同的方法。

几乎所有的功率超声波换能器都是Langevin型,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地压缩运动(即产生预应力)。压电陶瓷通常有两种工作模式:33或31类型的压电陶瓷。

33类型和31类型陶瓷区别

用于功率换能器的陶瓷通常分为两类。

33型:33型的陶瓷振动方向与电场方向平行。陶瓷通常是薄圆盘,换能器使用多个圆盘(通常至少一对,但有时多达三对或四对,取决于功率处理要求),这是为最常见的类型。31型:31型的陶瓷振动的方向垂直于电场。通常使用单管型陶瓷,此类型通常仅在特殊情况下使用。

 

0233模式

在33模式中,压电陶瓷与施加的电场方向平行。压电陶瓷成圆盘形,并且压电陶瓷都成对出现(通常不超过三对)。

优点

在匹配的PZT4并联模式换能器中,在给定的驱动电场下,应变和应力较小,但与匹配的PZT4后置模式换能器相比,带宽会增加2.6倍,功率会增加1.7倍。在高功率换能器中使用并联而串联模式的优点包括:更高的带宽,对于相同的功率有更高的效率,这种模式下的允许偏置应力也更大。

 

0331模式

以下是在31模式下使用压电陶瓷的优点和缺点。这些可能并不完全适用于特定的设计或应用。

优势

由于设计可能涉及较少的部件(仅有单个陶瓷和一个或两个电极),因此制造成本可能较低。通常,31设计将具有较少的陶瓷界面,因此来自这些界面的机械损失更低。缺点

与33型相比,“需要大约5倍的陶瓷才能保持相同的输出功率“。电极(内壁和外壁)的成本高于圆盘(33型)。制造成本可能较高,因为长圆筒的产量可能低于圆盘(33型)。对于整体尺寸相同的陶瓷堆,串联谐振(fs)与并联谐振(fp)的频率间隔可能较低。如果陶瓷管超过节点,则换能器可能难以安装在节点处。在31模式下只能承受相当低的压缩预应力,这意味着受预应力限制的动态陶瓷应变可能低于预期,因此输出幅值也可能低于预期。

建议

除特殊情况外,可以使用33模式代替31模式来使用压电陶瓷。

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