特種陶瓷課件63壓電陶瓷20091113(編輯修改稿)
2024-11-12 01:29 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 其 它 非線性元件，壓電繼電器等 壓電陶瓷應(yīng)用（一） 壓電陶瓷應(yīng)用（二） 5 壓電超聲換能器的應(yīng)用與發(fā)展 引言 ? 超聲換能器是實(shí)現(xiàn)聲能與電能相互轉(zhuǎn)換的部件。 ? 最早的超聲換能器是 (P. Langevin)在 1917年為水下探測設(shè)計的夾心式換能器。這個換能器是以石英晶體為壓電材料，用兩塊鋼板在兩側(cè)夾緊而成的。 ? 1933年 以后出現(xiàn)的疊片型磁致伸縮換能器，強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、功率容量大，迅速取代了當(dāng)時的郎之萬換能器。 ? 到了 50年代， 由于電致伸縮材料、鈦酸鋇鐵電陶瓷、鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的研制成功，使郎之萬型超聲換能器再度興起。 ? 目前壓電超聲的應(yīng)用范圍很廣，且對超聲測量精度、測量范圍、超聲功率以及器件的微小化程度的要求越來越高。超聲換能器歷來是各種超聲應(yīng)用的關(guān)鍵部件，國內(nèi)外均大力研究，近年來取得了很多成就。 ? 本節(jié)將介紹壓電超聲換能器的種類、應(yīng)用和發(fā)展。 壓電超聲換能器的種類 壓電超聲換能器的種類很多： ? 按組成超聲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(zhuǎn)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(zhuǎn)換方式 分為發(fā)射型 (電 聲轉(zhuǎn)換 )、 接收型 (聲 電轉(zhuǎn)換 )、 發(fā)射 接收復(fù)合型等 。 壓電換能器的應(yīng)用 壓電換能器的應(yīng)用十分廣泛 ， 它 按應(yīng)用的行業(yè) 分為工業(yè) 、 農(nóng)業(yè) 、 交通運(yùn)輸 、 生活 、 醫(yī)療及軍事等；按實(shí)現(xiàn)的功能 分為超聲加工 、 超聲清洗 、 超聲探測 、檢測 、 監(jiān)測 、 遙測 、 遙控等； 按工作環(huán)境 分為液體 、固體 、 氣體 、 生物體等； 按性質(zhì) 分為功率超聲 、 檢測超聲 、 超聲成像等 。 （ 1） 壓電陶瓷變壓器 ? 壓電變壓器是利用極化后壓電體的壓電效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)電壓輸出的 。 其輸入部分用正弦電壓信號驅(qū)動 ， 通過逆壓電效應(yīng)使其產(chǎn)生振動 ， 振動波通過輸入和輸出部分的機(jī)械藕合到輸出部分 ， 輸出部分再通過正壓電效應(yīng)產(chǎn)生電荷 ， 實(shí)現(xiàn)壓電體的電能 機(jī)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 。 ? 與電磁變壓器相比 ， 這具有體積小 ， 質(zhì)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(jié)構(gòu)簡單 、 便于制作 、 易批量生產(chǎn) ， 在某些領(lǐng)域成為電磁變壓器的理想替代元件等優(yōu)點(diǎn) 。 此類變壓器用于開關(guān)轉(zhuǎn)換器 、 筆記本電腦 、 氖燈驅(qū)動器等 。 （ 2） 超聲馬達(dá) ? 超聲馬達(dá)是把定子作為換能器 ， 利用壓電晶體的逆壓電效應(yīng)讓馬達(dá)定子處于超聲頻率的振動 ， 然后靠定子和轉(zhuǎn)子間的摩擦力來傳遞能量 ， 帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動 。 ? 超聲馬達(dá)體積小 ， 力矩大 ， 分辨率高 ， 結(jié)構(gòu)簡單 ，直接驅(qū)動 ， 無制動機(jī)構(gòu) ， 無軸承機(jī)構(gòu) ， 這些優(yōu)點(diǎn)有益于裝置的小型化 。 它們廣泛應(yīng)用于光學(xué)儀器 、激光 、 半導(dǎo)體微電子工藝 、 精密機(jī)械與儀器 、 機(jī)器人 、 醫(yī)學(xué)與生物工程領(lǐng)域 。 (3)超聲波清洗 ? 超聲清洗的 機(jī)理 是利用超聲波在清洗液中傳播時的空化 、 輻射壓 、 聲流等物理效應(yīng) ， 對清洗件上的污物產(chǎn)生的機(jī)械起剝落作用 ， 同時能促進(jìn)清洗液與污物發(fā)生化學(xué)反應(yīng) ， 達(dá)到清洗物件的目的 。 ? 清洗所用的 頻率 根據(jù)清洗物的大小和目的可選用10~500 kHz， 一般多為 20~50kHz。 隨著頻率的增加 ，可采用郎之萬振子 、 縱向振子 、 厚度振子等 。 ? 超聲清洗在各種工業(yè) 、 農(nóng)業(yè) 、 家用設(shè)備 、 電子 、 汽車 、橡膠 、 印刷 、 飛機(jī) 、 食品 、 醫(yī)院和醫(yī)學(xué)研究等行業(yè)得到了越來越廣泛的應(yīng)用 。 (4)超聲焊接 ? 超聲焊接有 超聲金屬焊接 和 超聲塑料焊接 兩大類。 其中 超聲
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