如何评定压电换能器或振动系统的性能优劣

评定一个压电换能器或振动系统的性能优劣，需要从参数和导纳曲线图两方面进行分析。

一、参数

1、机械设备谐振频率（Fs）： 即震动体系的输出功率、设计方案中应尽量贴近期待值，而且需要与电源工作中点匹配。

2、动态性电阻器（R1）： 压电振子串连环路的电阻器，在同样的支持情况下越低越好。针对清理或焊接振子而言，一般在5Ω-20Ω中间。若是过大，振子或震动系统会有问题，如电源电路不匹配或变换效率低、振子周期短。

3、机械设备品质因素（Qm）： 以氧化还原电位曲线图法明确，Qm＝Fs /（F2－F1），Qm越高越好，由于Qm越高，振子的效率越高；但Qm务必与电源匹配，Qm值太高时，电源没法匹配。针对清理振子而言，Qm值越高越好，一般来说，清理振子的Qm要做到500-1000中间，太低则振子效率低，过高则电源没法匹配。针对超声波电焊焊接或生产加工而言，振子自身的Qm值一般在500-1000上下，整机系统软件在1500-3000，过低导致震动效率低，可是也无法太高，由于Qm越高，工作中网络带宽越窄，电源无法匹配，即：电源无法工作中在谐振频率点，机器设备没法工作。

4、随意电容器（CT）： 压电元器件在1kHz頻率下的电容器值，此值和数据电容器表测得的值是一致的。这一值减去动态性电容器C1就可以获得真实的静电容C0，C0＝CT－C1。应用时要以电感器对C0开展均衡。在清洗设备或超声波生产加工设备的控制电路中，恰当地均衡C0能够提升电源的功率因数，应用电感器均衡有这两种方式，串联自动调谐和串连自动调谐。

5、反谐振频率（Fp）： 压电振子串联环路的谐振频率，在这个頻率下，压电振子的特性阻抗Zmax较大 ，假如反串联谐振特性阻抗Zmax很低，则振子有问题。

二、图形

压电换能器或振动系统的振动性能可以直接通过对数坐标图进行判断，比较直观，很实用。

1、正常的情况下，导纳圆与电导曲线如下图，导纳圆为单圆，对数坐标图只有一对极小值和极大值：

2、异常情况下，导纳圆与电导曲线如下图， 导纳圆图上出现多个寄生小圆，对数坐标图有多对极小值和极大值：

在以下的情况中，压电陶瓷或换能器的导纳圆与电导曲线会出现异常：

（1）换能器在装配时出现晶片裂。

（2）压电陶瓷本身有问题，如内部分层。

（3）超声变幅杆、模具的设计或装配出现问题。

（4）换能器同心度差造成的应力杆周围零件相碰。

一般来说，导纳曲线图和参数互相有关联，如果振子的导纳曲线图正常，则R1较低，Qm较高，反之如果振子的导纳曲线图异常，一般R1较大，Qm较小。

要制造一个性能优良的超声换能器，除了要考虑其用途外，还要考虑其频率与外观形状，所能承受的功率，以及研磨、加工、装配等工艺一个都不能少。

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