壓電超聲換能器原理及研究進(jìn)展

關(guān)于壓電超聲換能器原理及研究進(jìn)展第1頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三主要內(nèi)容壓電超聲換能器原理壓電換能器應(yīng)用壓電換能器發(fā)展方向及研究進(jìn)展第2頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三課題背景超聲換能器是實(shí)現(xiàn)聲能與電能相互轉(zhuǎn)換的部件,廣泛應(yīng)用于超聲加工、超聲清洗、超聲探測、檢測、監(jiān)測、遙測、遙控、成像等第3頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三超聲水壓水雷超聲切割超聲探測第4頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三1、壓電超聲換能器原理

正壓電效應(yīng)：晶體受到某固定方向外力的作用時(shí),在某兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號相反的電荷的現(xiàn)象

逆壓電效應(yīng)：對晶體施加交變電場引起晶體機(jī)械變形的現(xiàn)象第5頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三聲-電信號轉(zhuǎn)換（壓電變壓器、聲納系統(tǒng)）超聲波（超聲清洗、探測）動力源（壓電馬達(dá)）壓電器件逆逆第6頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三電聲信號壓電方程電聲轉(zhuǎn)換模型壓電方程第7頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三主要壓電換能器材料壓電換能器材料單晶陶瓷1、石英晶體2、鈮酸鋰3、羅謝爾鹽4、磷酸二氫鉀1、鈦酸鋇陶瓷2、鎬鈦酸鉛陶瓷3、偏鈮酸鉛陶瓷4、鈮酸鉀鈉陶瓷5、鈦酸鉛陶瓷第8頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三壓電超聲換能器重要參數(shù)機(jī)電耦合系數(shù)電能機(jī)械能轉(zhuǎn)換效率系數(shù)介質(zhì)損耗因子tanθ有功功率與無功功率比值機(jī)械損耗因子tanθM

損耗機(jī)械能與介質(zhì)存儲機(jī)械能頻率常數(shù)N機(jī)械頻率與決定該頻率的線性尺寸乘積N=f0*h第9頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三2、壓電超聲換能器應(yīng)用壓電超聲換能器廣泛應(yīng)用于超聲加工、超聲清洗、超聲探測、檢測、監(jiān)測、遙測、遙控，如：壓電陶瓷變壓器、超聲馬達(dá)、超聲波清洗、超聲焊接、超聲加工、交通監(jiān)測、機(jī)器人成像信息采集。第10頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三超聲馬達(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)動第11頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三超聲馬達(dá)優(yōu)點(diǎn)

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。直流電動機(jī)原理圖第12頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三

主要是以一片底部環(huán)形定子（Stator）及一片環(huán)形轉(zhuǎn)子（Rotor）組成，將超聲波頻率的震動轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)動能量。將交流電加到定子底部的壓電陶瓷部份，便會令定子產(chǎn)生0.001mm幅度、約30,000Hz高頻而微細(xì)的震動，從而令定子頂部與轉(zhuǎn)子接觸的部份產(chǎn)生一種彎曲移動波彎曲移動。波產(chǎn)生的磨擦力，足以使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)動。佳能超聲換能馬達(dá)相機(jī)第13頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三壓電陶瓷變壓器

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)械耦合到輸出部分，輸出部分再通過正壓電效應(yīng)產(chǎn)生電荷，實(shí)現(xiàn)壓電體的電能一機(jī)械能一電能的兩次變換，在壓電變壓器的諧振頻率下獲得最高輸出電壓。壓電陶瓷變壓器原理圖第14頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三壓電陶瓷變壓器優(yōu)點(diǎn)

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)。第15頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三使用壓電變壓器液晶顯示器

用壓電陶瓷變壓器制作液晶顯示(CCFL)背光高壓電源不僅克服了傳統(tǒng)電磁變壓器工作在高壓狀態(tài)下所存在的問題，而且能很好地適應(yīng)電子設(shè)備小型化、輕型化、片式化的發(fā)展需要第16頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三3、壓電換能器發(fā)展方向及研究進(jìn)展

壓電超聲換能器當(dāng)前發(fā)展方向?yàn)榇蠊β?、低壓?qū)動、高頻、薄膜化、微型化、集成化，以及開發(fā)新型壓電超聲材料第17頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三微型化清華大學(xué)物理系聲學(xué)研究室研發(fā)出了世界上最小的超聲馬達(dá)直徑只有1mm。利用這種微型馬達(dá)可以用來制備微型血管機(jī)器人、微型飛機(jī)等第18頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三新型壓電材料

壓電聚合物材料一些聚合物當(dāng)電流通過時(shí)會像肌肉般收縮。而且，當(dāng)對它