超声波换能器的结构分析

超声波换能器的结构

超声波换能器是一种能量转换器件，其作用是将电能转换为超声波的机械振动能。它是超声波发生器的重要组成部分，主要用于产生和发射超声波。

超声波换能器通常由压电陶瓷圆盘换能器、匹配层、外壳、引出电缆和Cymbal阵列接收器等组成。其中，压电陶瓷圆盘换能器是换能器的核心部分，它利用压电效应将电能转换为机械振动能。当在压电陶瓷上施加交变电压时，它会发生形变并产生机械振动，这些振动进而产生超声波并向周围介质传播。

超声波换能器的主要性能指标包括工作频率、系统组件等。其中，工作频率是指压电晶片的谐振频率，当加在其两端的交流电压的频率等于芯片的谐振频率时，输出能量最高，灵敏度最高。系统组件则包括发送换能器、接收换能器、控制部分和电源部分等，它们共同协作以实现超声波的发射和接收。

如图1所示，超声换能器由压电陶瓷、声学匹配层和阻尼层组成。压电陶瓷的主要成分是钛酸锆铅（PZT），两侧涂有导电层。通过施加高频交变电压，压电陶瓷可以通过反向压电效应（电能到机械能的转换）产生高频振动。高频振动是声波的一种。如果该声波的频率大于20kHz，那就是超声波振动。相反，超声波可以通过使用压电陶瓷的正压电效应（机械能到电能）来接收。

图1 超声波换能器结构

超声波换能器广泛应用于各种领域，如超声波塑料焊接机、超声波金属焊接机、超声波清洗机、气相机、三氯机等。此外，在雷达和声纳系统中，超声波换能器也被用于实现信号的转换和传输。

审核编辑：黄飞