超声清洗换能器设计及性能分析

超声换能器的优化设计与性能研究超声波技术在医学、工业、环境等领域都有广泛的应用，而超声换能器作为超声波发射器和接收器的重要组成部分，对超声波的产生和检测起着至关重要的作用。

为了提高超声波传感器的性能和可靠性，优化超声换能器的设计是必要的。

本文将从超声换能器材料、结构、工艺等方面入手，探讨超声换能器的优化设计与性能研究。

一、超声换能器材料的选择超声换能器的材料对其性能有重要影响。

常见的超声换能器材料包括压电陶瓷、石英晶体、聚合物等。

其中，压电陶瓷是最常用的材料，它具有良好的压电效应、机械强度高、耐热性能好等特点。

在选择压电陶瓷时，应考虑其压电系数、介电常数、热膨胀系数等参数，以及其晶体结构的稳定性。

此外，压电陶瓷还需要具有良好的加工性能和可靠性，以保证超声换能器的稳定性和寿命。

二、超声换能器结构的设计超声换能器的结构也是影响其性能的重要因素。

典型的超声换能器结构包括单元式、线性组合式、阵列式等。

其中，单元式是最常用的结构形式，其优点是制造简单，成本低廉。

但是，单元式结构的灵敏度和分辨率都较低，适用于低频超声检测和成像；而线性组合式和阵列式结构则能实现更高的灵敏度和分辨率，但其制造成本也相对较高。

因此，在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的结构形式。

超声换能器的电极结构也需要优化设计。

传统的电极结构采用等间距并联电极或圆环电极，但是这种结构容易产生不均匀场，从而影响超声波的辐射和接收效果。

因此，现代的超声换能器电极结构一般采用导电胶或导电纤维等材料，通过直接贴合或缝合等方式制成非均匀电极，以提高电场均匀性和效果。

三、超声换能器工艺技术的研究超声换能器的加工工艺也是影响其性能和可靠性的重要因素。

现代的加工工艺主要包括压电陶瓷片的制备、电极的制备、陶瓷和电极的粘接等步骤。

其中，压电陶瓷片的制备和后续的加工工艺都需要进行精密控制，以获得高质量的超声换能器。

一般，压电陶瓷片的制备可以采用压坯法、溶胶-凝胶法、水热法等。

超声波清洗器一、概述超声波清洗器采用超声波清洗的原理，可以达到物件全面洁净的清洗效果，特别对深孔，盲孔，凹凸槽清洗是最理想的设备，不影响任何物件的材质及精度。

同时在生化，物理，化学，医学，科研及大专院校的实验中可作提取，脱气，混匀，细胞粉碎之用。

二、原理超声波清洗器是利用超声波发生器所发出的交频讯号，通过换能器转换成了交频机械振荡而传播到介质——清洗液中，强力的超声波在清洗液中以疏密相间的形式向被洗物件辐射。

产生“空化”现象，即在清洗液中“气泡”形式，产生破裂现象。

当“空化”在达到被洗物体表面破裂的瞬间，产生远超过1000个大气压力的冲击力，致使物体的面、孔、隙中的污垢被分散、破裂及剥落，使物体达到净化清洁。

主要适用于商业、轻工、大专院校、科研用小批量的清洗、脱气、混匀、提取、细胞粉碎之用。

三、主要性能及特点1、附设溶液加热自动装置，温控范围：室温2、附设超声清洗定时装置，1~60分钟内任意设定。

3、超声波频率有四种，可任选一种。

四、适用范围及作用超声波清洗仪器广泛应用于电子器件、半导体硅片、电路板、电镀件、光学镜片、音频磁头、涤纶过滤芯、化纤喷丝头、喷丝板、打印机喷墨头、乳胶模具、磁性材料、医疗器械、手术器械、玻璃器皿、照相器械、通讯器械、消防面具、不锈钢制品、金银首饰、钟表零件、眼镜零件、缝纫机零件、精密机械零件、液压件、气动件、五金工具、三通阀、轴承、轴瓦、油嘴、油泵、化油器、喷油嘴、缸头、缸盖、缸体、机车零配件的清洗、除油、除锈、除碳及表面处理，特别对深孔、盲孔、凹凸槽的清洗是最理想的设备。

目前市面上流行的有很多品牌的超深波清洗器，其中较为出名的有济宁天华超声电子仪器生产的TH系列，昆山生产的苏美KQ系列，另外还有一些其它厂家产品，如BEST,AOYUE,GODAK,HF等，有带数码显示(设定温度，时间)，全美国进口钢结构的，用于清洁各种工业用电子元件，眼镜，玩具，珠宝，戒指。

五、超声波清洗器常见问题超声波清洗器常见问题如下;1、什么是“空化作用”？“空化作用”是数以百万计微小气泡（或空穴）在液体中迅速形成并爆裂的现象。

实验室用超声波清洗器的技术参数1. 引言实验室用超声波清洗器是现代实验室中常见的实验设备之一。

它通过超声波波动产生的微小气泡破裂和冲击力来清洁实验器皿、器械以及样品表面的污垢和有机物。

经过多年的技术发展与创新，超声波清洗器已成为实验室工作的重要工具。

本文将深入介绍超声波清洗器的技术参数以及其在实验室中的应用。

2. 超声波清洗器的技术参数超声波清洗器的技术参数是影响其清洁效果和使用性能的重要指标。

在选择和使用超声波清洗器时，以下几个主要参数需要考虑：2.1 频率超声波清洗器的频率决定了其波动频率和清洗效果的好坏。

常见的超声波清洗器频率一般为20 kHz到100 kHz，其中20 kHz适合清洁较大、较硬的物品，而100 kHz适用于清洁较小、较软的物品。

在实验室中，根据不同的物品和洗涤需求，选择适当的频率可以提高清洗效果。

2.2 功率超声波清洗器的功率决定了其清洁的强度和深度。

一般来说，功率越高，清洁效果越好。

在实验室中，根据不同的清洗需求，选择适当的功率可以确保实验器皿和器械达到理想的清洁效果。

2.3 容积超声波清洗器的容积是指其可容纳的水或清洗液的容量。

适当的容积可以确保实验器皿和器械完全浸没在清洗液中，使得清洗效果更加均匀和彻底。

在选择超声波清洗器时，需根据实验器皿和器械的大小选择适当的容积，以确保清洗效果的一致性。

2.4 温度控制一些高级的超声波清洗器具备温度控制功能，可以对清洗液进行加热或恒温控制。

温度的控制可以进一步提高清洗效果，并有助于去除一些难以清洁的有机物或污渍。

在实验室中，根据清洗需求和样品的特性，选择带有温度控制功能的超声波清洗器将更加方便和实用。

3. 超声波清洗器的实验室应用超声波清洗器在实验室中有广泛的应用：3.1 清洁实验器皿与器械超声波清洗器可以有效地去除实验器皿和器械表面的有机物、污垢和沉淀物，使得实验器皿和器械的清洁度得以提高。

清洁后的实验器皿和器械可确保实验结果的准确性和可靠性。

目录引言 (3)第一章超声波清洗机原理与结构 (4)第一节超声波清洗的原理和特点…………………………….….. .4第二节超声波清洗机的结构和参数设定 (5)第二章超声波发生器设计............................................... .. (6)第一节超声波发生器的选择 (6)第二节超声波振荡器设计 (7)第三节超声波放大器设计 (8)第四节高频驱动和匹配电路 (10)第三章超声波换能器计 (11)第一节换能器的选择 (11)第二节换能器设计计算（此处删除500字） (12)第四章清洗槽计 (16)参考献 (17)附录一：工艺规程制订与并行工程附录二：Process Planning and Concurrent Engineering超声波清洗机摘要：超声波清洗始于20世纪50年代初，随着技术的进步应用日益扩大。

目前已广泛地用于电子电器工业、清洗半导体器件、电子管零件、印刷电路、继电器、开关和滤波器等；机械工业中用于清洗齿轮、轴承、油泵油嘴偶件、燃油过滤器、阀门及其他机械零件，大如发动机及导弹部件，小如手表零件；再如光学和医疗器械方面用于清洗各种透镜、眼镜及框、医用玻璃器皿、针管和手术器具等；此次设计的超声波清洗机主要应用于家庭中厨具和一些难洗的生活用具。

该产品是一种机电产品，通过压电陶瓷材料做成的超声波换能器将超声频电振荡转变成机械振动，在液体中产生超声波振动进行清洗。

利用超声波可以穿透固体物质而使整个清洗介质振动并产生空化气泡，该清洗方式对任何生活用具不存在清洗不到的死角，且清洗洁净度非常高。

这种新一代时尚家电，能够使人们从繁琐的家务劳动中解脱出来。

关键词：超声波；清洗机；换能器Ultrasonic washerAbstract: ultrasonic cleaning began in the early 1950s, with the development of technology application widening. Currently has been widely used in electronic industry, semiconductor device, cleaning tube parts and printing circuit, relays, switches and filter; etc. Mechanical industry for the cleaning gears, bearings, diesel oil, fuel filter, valves and other mechanical parts, such as engine and missile components, such as watch of small parts, Again, such as optical and medical equipment used for washing various aspects lens, glasses and frame, glassware, medical and surgical instruments, etc.; adjusted The design of ultrasonic cleaning machine is mainly used in the family of kitchen utensils and appliances and some difficult life washing. This product is a kind of mechanical and electrical products, through the piezoelectric materials made of ultrasonic transducer will exceed audio electrical oscillation into mechanical vibration, ultrasonic vibration in liquid in cleaning. Using ultrasonic can penetrate solid material and make the cleaning medium vibration and produce cavitation bubbles, the cleaning method for any life appliance does not exist in a corner, and not cleaned clean cleanliness is very high. This new generation of fashionable home appliance, can make people from the housework.Keywords: ultrasonic, Cleaner, transducer引言超声波是一种超过人类听力频率范围的声波，具有频率高、方向性准、穿透能力强等特点，广泛应用于清洗、距离测量、医学等领域。

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，而它自身消耗很少一部分功率（小于10%）。

所以，使用超声波换能器最主要考虑的问题就是与输入输出端的匹配，其次是机械安装和配合尺寸。

超声波换能器分类：1、柱型2、倒喇叭型3、钢后盖型4、中间夹铝片型主要适用于超声波塑料焊接机、超声波切割刀、超声波金属焊接机，超声波清洗机，超声波声化学设备等。

超声波换能器在合适的电场激励下能发生有规律的振动，其振幅一般10μm左右，这样的振幅要直接完成焊接和加工工序是不够的。

连上通过合理设计的变幅杆后，超声波的振幅可以在很大的范围内变化，只要材料强度足够，振幅可以超过100μm。

因加工方式和要求不同，换能器的工作方式大致可分为连续工作（如花边机，CD机，清洗机，拉链机）和脉冲工作（如塑料焊机），不同的工作方式对换能器的要求是不同的。

一般而言，连续式工作几乎没有停顿时间，但工作电流不是很大，脉冲工作是间歇的，有停顿，但瞬间电流很大。

平均而言，二种状态的功率都是很大的。

使用超声波换能器最主要考虑的问题就是与输入输出端的匹配，其次是机械安装和配合尺寸。

换能器的频率相对而言还比较直观些。

该频率是指用频率（函数）发生器，毫伏表，示波器等通过传输线路法测得的频率，或用网络阻抗分析仪等类似仪表测得的频率。

一般通称小信号频率。

与它相对应的是上机频率，即客户将换能器通过电缆连到机箱上，通电后空载或有载时测得的实际工作频率。

因客户匹配电路各不相同，同样的换能器在不同的驱动电源（电箱）表现出来的频率是不同的，这样的频率不能作为交流讨论的依据。

让换能器和驱动电源、模具良好配合以形成一台完整的超声波设备可以简称为匹配。

由于匹配对整机性能的影响是决定性的，无论怎样强调匹配的重要性都不为过。

匹配最主要考虑的因素是换能器的电容量，其次是换能器的频率。

换能器与驱动电源的匹配主要有4个方面，即阻抗匹配、频率匹配、功率匹配、容抗匹配。

基于1-1-3型压电复合材料水声换能器性能分析杜海波;秦雷;仲超;王丽坤【摘要】为提高高频水声换能器的性能,提出了一种基于1-1-3型压电复合材料的带有梯形匹配层的水声换能器设计.应用有限元方法分析了有无匹配层对复合材料电性能、辐射端振动位移的影响.并研制了带匹配层和不带匹配层的2种水声换能器.测试结果显示引入匹配层使得水声换能器在谐振频率为360 kHz时最大发送电压响应达到169.4 dB,接收电压灵敏度为-190 dB,-3 dB下接收信号带宽最大可达70 kHz,最大声源级达到208 dB.发送电压响应比没有匹配层的换能器提高了3.8 dB、声源级提高了6 dB、接收带宽拓宽了1.45倍.【期刊名称】《西北工业大学学报》【年(卷),期】2019(037)002【总页数】7页(P386-392)【关键词】1-1-3型压电复合材料;换能器;声源级;发射电压响应;性能【作者】杜海波;秦雷;仲超;王丽坤【作者单位】北京信息科技大学传感器北京市重点实验室,北京 100192;北京信息科技大学传感器北京市重点实验室,北京 100192;北京信息科技大学教育部现代测控技术重点实验室,北京 100192;北京信息科技大学传感器北京市重点实验室,北京100192;北京信息科技大学传感器北京市重点实验室,北京 100192;北京信息科技大学教育部现代测控技术重点实验室,北京 100192【正文语种】中文【中图分类】TB5641-3型压电复合材料由于其制备工艺简单、压电性强、机电耦合系数大等优势,被广泛应用于超声无损检测、海底测绘成像等领域[1-3]。

近年来,为进一步提高1-3型压电复合材料的性能,一方面,研究者试图通过改变复合材料中的主动性材料性能来提高复合材料性能。

如Wang等人应用0.32PIN-0.35PMN-0.33PT(PIMNT)制备了1-3型压电复合材料,压电单晶PIMNT体积百分比为60%时,厚度机械耦合系数可以达到84%[4]。

超声波清洗机设备结构，工作原理1根据原理16：振动所设计的超声波清洗设备标准超声波清洗清洗原理：超声波清洗机是通过超声波发生器将高于20KHz频率的有震荡信号进行电功率放大后经超声波换能器（震头）的逆压电效应转换成高频机械振动能量通过清洗介质中的声辐射，使清洗液分子振动并产生无数微小气泡。

气泡沿超声传播方向在负压区形成、生长，并在正压区迅速闭合而产生上千个大气压的瞬间高压而爆破，形成无数微观高压冲击波作用于被清洗工件表面。

此即超声波清洗中的“空化效应”。

超声波清洗机就是基于“空化效应”的基本原理工作的，也因此，超声清洗对具有内外结构复杂、微观不平表面、狭缝、小孔、拐角、死角、元件密集等特点的工件均具有卓越的洗净能力，是其他清洗方法无可比拟的。

随着超声频率的提高，气泡数量增加而爆破冲击力减弱，设备因此，高频超声特别适用於小颗粒污垢的清洗而不破环其工件表面。

2设备由三部分组成：超声波发生器（又称超声波电源）、换能器及其它的辅助系统。

超声波发生器将工频电转变成 28KHZ以上的高频电信号，通过电缆输送到换能器上。

一般超声波换能器是固定在清洗槽的底板上，清洗槽内装满了液体，当换能器被加上高频电压后，它的压电陶瓷元件在电场作用下便产生纵向振动。

超声波换能器（又称声头）是一种高效率的换能元件，能将电能转换成强有力的超声波振动，在产生超声波振动时，仿佛是一个小的活塞，振幅很小，约只有几微米。

但这个振动加速度很大（几十至几千个）；槽上具有许多个换能器，施加相同的频率及相位的电能时，就合成了一个巨大的活塞进行往复振动，这种振动的现象，就是平时我们所说的超声波。

以下是超声波的组成部分说明(1)换能器：采用特种锆酸钛酸铅PZT压电陶瓷片组成的三明治式的振动头具有效率高、寿命长、不易发生故障的优点。

换能器采用特种耐高温、耐振动、高粘度的树脂胶辅以特殊的方法加以固定绝不脱落，且可耐受100℃150℃的高温(2)超声波发生器（电源）：采用功率MOS管超声波发生器，电路先进，结构完整，辅以灵敏可靠的集成控制系统，保证了超声波清洗机在各种负载下稳定工作。

之前讨论过的一个过载换能器，当换能器的声设备被激发时，谐振频率也会随着工作面的界限改变而改变。

如果该设备是已知的，一个新的频率方程就可以列出来了。

此外，在第二组一维公式中，意味着需要使用等效电路。

因此，夹心式换能器也变成一个三接等效电路，同时带有一个压电陶瓷环的三接等效线路、以及一个金属端和预压螺柱的线路模型。

螺柱的影响通常不做考虑，由于它的质量对于整个换能器来说非常微小，因而它的影响也是微不足道的。

这些换能器模型的一维解法都是相互类似并且互相关联的。

在低谐振工作频率的夹心式换能器建模方法中，换能器的金属端长度非常长（同等时间的情况下比陶瓷片的厚度长许多），这些解法被证明是非常适用的。

在夹心式换能器设计一维理论中，则需要换能器纵向模式上的振动，而径向振动则忽略不计。

这也就是说当换能器的径向尺寸（水平尺寸、横截面）比纵向振动波长的四分之一还小时，就可以运用一维理论，并且在谐振频率的设计和测量过程中误差可以忽略不计。

但是，随着超声技术的发展，超声换能器越来越多地被应用到如超声清洗和超声焊接这些行业中，这些应用中要求输出大功率的超声能量。

在这些应用中，换能器的水平尺寸通常大于纵向振动波长的四分之一，这时换能器设计的一维理论便不适用。

基于一维理论的设想，当换能器横截面变小时使得它的机械能变小，同时限制了它的可行性，此时换能器的水平尺寸必须减小。

因此，换能器的水平尺寸不能随意减小，所以这种换能器的径向振动必须纳入计算，以保证在确定谐振频率时不会扩大误差。

所以，当换能器的金属端比较短时(比如说通常用在超声清洗系统中、谐振约为40kHZ的换能器)，一维理论就不够全面。

这时必须对一维理论工作频率fr进行修正，以确保建模和设计出来的换能器金属端较短。

因此提出了表面弹性模量比算法，主要就是用来对圆柱形和大型的金属超声发射器的功率进行振动情况分析。

这种方法同时可以用在改变超声波振动方向的装置设计中。

在这种方法中，在径向和厚度方向的振动相互耦合设想中产生的弹性模量比变化，使得波在纵向传播速度产生了变化。

谐振频率值取决于金属端和陶瓷环的直径和机械（声学）性能。

特别要强调的是功率换能器的品质取决于许多因素，从最重要的单一压电陶瓷片和金属端的质量，到用作接触的金属薄片、接触表面的加工处理质量，以及张力大小。

1.3超声换能器建模简介六十年代末期，罗森伯格出版关于功率超声换能器和其相关领域的书籍之后【51】、【52】，又涌现出无数关于功率超声技术不同方面的科研论文。

夹心式换能器参数最早的优化始于七十年代，是基于电机械滤波器理论完成的。

金属端纵振动谐振频率拥有非常复杂的几何结构，其最终是利用振动的平台来完成的，然后用微调元件来进行调节,接下来最重要的便是与换能器的长度有关，最终确立的最佳方案就是半波式换能器是最有效的。

与此同时便是尝试解决数学关系式的问题，通过数学关系式可以计算出金属端的长度。

但是，由于夹心式换能器的机电系统的复杂性、单一压电陶瓷片的运行和振荡的模式，以及三维计算繁琐性，所以这种计算其实是不对的。

随着压电陶瓷片的工艺和品质的生产技术推进，从而生产出的换能器其陶瓷片性能更优。

另一方面，按照机械耦合优化的顺序进行机械加工步骤已经被开发出来，这也提高了换能器本身的工作效率。

超声换能器的发展对这个领域来说有着极其重要的科学价值，推动了用以生产换能器零部件的材质、电子和机械完善改进,有利于功率超声往更深层次的方向发展，在这些领域还有相当多的项目已经被开发出来。

正是因为这些技术成就，今天才有了数不清的设计方案，可以从中选择最优化的超声换能器形式。

这些方案从刚才提到的最初的数学公式的应用和利用振动平台的试错法和渐进法调整（调试）的换能器开始，直到今天，尝试使用功率计算机系统是为了展现超声换能器应用不同的计算方案（模型分析、矩阵传递法、有限元法等）。

夹心式换能器的建模是以压电陶瓷片和压电陶瓷环模型的发展为条件的，与此同时，还有换能器模型的金属元件相同或相似的模型的发展。

下一章将要展现现存的功率超声换能器建模中最重要的一些方法，以及一些新的方法，包括最典型的基于压电陶瓷环的矩阵模型——一个很容易获得的压电陶瓷片模型，以及环状、饼状、或柱状体的换能器金属元件模型。

水声换能器与换能器阵技术研究水声换能器与换能器阵技术作为水下声波信号处理的关键技术，在海洋探测、水下通信、军事应用等领域具有广泛的应用价值。

本文将详细阐述水声换能器与换能器阵技术的研究现状、应用前景、技术原理及实验设计，以期为相关领域的研究提供参考与借鉴。

水声换能器与换能器阵技术研究涉及多个学科领域，包括声学、物理学、电子工程等。

目前，研究者们已经提出了多种水声换能器设计与实现的方法，如压电陶瓷换能器、磁致伸缩换能器、电致伸缩换能器等。

同时，为了提高声波信号的接收与发送效率，研究者们还研发了多种换能器阵列，如线性阵列、平面阵列、球面阵列等。

水声换能器与换能器阵技术的应用前景主要体现在以下几个方面：潜艇声呐系统：潜艇声呐系统是水下声波信号处理的重要应用之一，通过使用水声换能器和换能器阵技术，可提高潜艇的探测能力、定位精度和通信效率。

海洋探测：海洋探测是水声换能器与换能器阵技术的另一重要应用领域，如海底地形地貌探测、海洋资源开发等。

深海钻探：深海钻探过程中，水声换能器和换能器阵技术可用于传递控制信号和收集钻探数据，提高深海钻探的安全性和效率。

水声换能器与换能器阵技术的发展前景广阔，但仍面临诸多挑战。

未来研究方向可包括：高性能水声换能器的设计和制作，以提高声波信号的发送和接收效率。

低成本、大规模的换能器阵列制造技术的研究，以降低应用成本，促进普及化。

复杂水声环境下的信号处理算法研究，以提高水声信号的抗干扰能力和通信可靠性。

水声换能器与换能器阵列的优化配置与协同工作，以实现更高效的声波信号处理。

水声换能器与换能器阵技术的原理主要是基于声波的传播规律和换能器的物理特性。

声波作为一种机械波，传播时需要介质。

在水下环境中，声波主要通过水介质传播，其传播速度受到水温、盐度、压力等多种因素的影响。

水声换能器的主要功能是将电信号转换为声波信号进行传播，或者将声波信号转换为电信号进行接收。

其工作原理主要基于压电效应、磁致伸缩效应、电致伸缩效应等物理效应。

声学换能器技术专题超声技术的基石———超声换能器的原理及设计3林书玉(陕西师范大学物理学与信息技术学院　西安　710062)摘　要 超声换能器是在超声频率范围内将交变的电信号转换成声信号或者将外界声场中的声信号转换为电信号的能量转换器件,它是超声技术中的关键器件,其性能好坏直接关系到超声应用技术的效果和使用范围.由于超声技术的应用范围很广,且超声新技术层出不穷,因而与此对应的超声换能器的种类也很多.文章对不同应用背景下多种类型超声换能器的原理及设计进行了阐述,分析了不同类型超声换能器的性能参数及设计要求,简要总结了超声换能器的性能参数测试方法,并对超声换能器的发展趋势进行了一定的分析.关键词 超声换能器,功率超声换能器,检测超声换能器,电声效率,灵敏度,功率容量Founda ti ons of ultra son i c technology ———the theoryand desi gn of ultra son i c transducersL IN Shu 2Yu(College of Physics and Infor m ation Technology,Shaanxi N or m al U niversity,X i ′an 710062,China )Abstract U ltras onic transducers convert electric signals into acoustic signals in the ultras onic frequency range,or vice versa .They are key devices in ultras onic technology and their perfor mance deter m ines the effectiveness and uses of ultras onic technology .Because of their diverse app lications,there are many types of ultras onic transduc 2ers .I n this paper,various transducers for different app lications are described,and their theory,design and per 2for mance requirements are analyzed .Their characterizati on is als o outlined,and development trends are analyzed .Keywords ultras onic transducers,po wer transducers,detecti on transducers,electr o 2acoustical efficiency,sensitivity,power capacity3　国家自然科学基金(批准号:10674090)和教育部博士点基金(批准号:20050718003)资助项目2008-09-11收到　Email:sylin@snnu .edu .cn1　概述1.1　引言超声技术出现于20世纪初期.它是以经典声学理论为基础,同时结合电子学、材料学、信号处理技术、雷达技术、固体物理、流体物理、生物技术及计算技术等其他领域的成就而发展起来的一门综合性高新技术学科.近一个世纪的发展历史表明,超声学是声学发展中最为活跃的一部分,它不仅在一些传统的工农业技术中获得广泛应用,而且已经渗透到国防、生物、医学及航空航天等高技术领域.超声学主要研究超声波在不同介质中的产生、传播、接收、信息处理及有关的效应等问题.超声物理和超声工程是超声学的两个主要方面.超声物理是超声工程的基础,它为各种各样的超声工程应用技术提供必需的理论依据及实验数据.超声工程的研究内容主要包括各种超声应用技术中超声波产生、传输和接收系统的工程设计及工艺研究.超声在介质中传播时会产生许多物理、化学及生物等效应,同时因为超声穿透力强、方向性好、信息携带量大、易于实现快速准确的在线检测和诊断而实现无损检测,因而在工业、农业、国防、生物医药和科学研究等方面得到广泛的应用.超声换能器是在超声频率范围内将交变的电信号转换成声信号或者将声信号转换为电信号的能量转换器件,它是超声设备中的关键器件,因而无论在换能机理还是工艺设计等方都受到了人们的长期关注.1.2　超声换能器的种类超声换能器的种类很多.按照能量转换的机理和所用的换能材料,可分为压电换能器、磁致伸缩换能器、静电换能器(电容型换能器)、电磁声换能器、机械型超声换能器等.按照换能器的振动模式,可分为纵向(厚度)振动换能器、剪切振动换能器、扭转振动换能器、弯曲振动换能器、纵-扭复合以及纵-弯复合振动模式换能器等.按照换能器的工作介质,可分为气介超声换能器、液体换能器以及固体换能器等.按照换能器的工作状态,可分为发射型超声换能器、接收型超声换能器和收发两用型超声换能器.按照换能器的输入功率和工作信号,可分为功率超声换能器、检测超声换能器、脉冲信号换能器、调制信号换能器和连续波信号换能器等.按照换能器的形状,可分为棒状换能器、圆盘型换能器、圆柱型换能器、球形换能器及复合型超声换能器等.另外,不同的应用需要不同形式的超声换能器,如平面波超声换能器、球面波超声换能器、柱面波超声换能器、聚焦超声换能器以及阵列超声换能器等等.1.3　超声换能器的性能参数超声换能器是一种能量转换器件,其性能描述与评价需要许多参数.超声换能器的特性参数包括共振频率、频带宽度、机电耦合系数、电声效率、机械品质因数、阻抗特性、频率特性、指向性、发射及接收灵敏度等等.不同用途的换能器对性能参数的要求不同,例如,对于发射型超声换能器,要求换能器有大的输出功率和高的能量转换效率;而对于接收型超声换能器,则要求宽的频带和高的灵敏度及分辨率等.因此,在换能器的具体设计过程中,必须根据具体的应用,对换能器的有关参数进行合理的设计.1.4　超声换能器的分析方法超声换能器包含了电路系统、机械振动系统和声学系统,并且三者在换能器工作时,有机地结合在一起成为一个统一的整体.这样就决定了对它的研究方法是融合了电子学、力学、声学等诸方面的研究方法,并且通过电-力-声类比,使三者能够用统一的等效机电图和等效方程式,方便地进行对其深入的研究.为了确定换能器的工作状态,必须求出它的机械振动系统的状态方程式和电路系统状态方程式.换能器机械系统的状态方程式(简称为机械振动方程)是换能器处于工作状态时,描写它的机械振动系统的力与振速的关系式,而电路系统的状态方程式(简称电路状态方程式)是描写电路系统的振动特性的.由于换能器的机械系统和电路系统是互相耦合的,所以机械系统的振动会影响到电路的平衡,而电路的变化也会影响到机械系统的振动,因此我们总是利用这些方程组分析、讨论换能器的工作特性.由上述换能器的三组基本关系式,可以对应地作出换能器三种形式的等效图.第一种是等效机械图,将换能器等效为一个纯机械系统的等效图;第二种是把机械一边的元件和参量,通过机电转换化为电路一边的元件和参量,即把一个换能器等效为一个纯电路系统,称此为等效电路图;第三种称为等效机电图,同时包含电路一边和机械一边的等效图.利用这些等效图可以简便地求出换能器的若干重要的性能指标.另外,随着数值计算技术的发展以及新型换能器的研发,数值计算方法在换能器的分析中获得了广泛的应用.在超声换能器的设计过程中,有限元计算方法得到了青睐,其中最普遍的商用软件就是ANSYS.其中与换能器设计有关的问题主要是结构分析、压电耦合分析、流体-结构耦合分析,有时还要用到电磁场分析、热分析等.用ANSYS设计分析换能器的突出优点是不受换能器结构及尺寸的限制,可进行复杂结构换能器的设计.利用有限元软件进行换能器的设计能方便地计算出换能器的谐振频率,观察谐振时换能器各部分的位移分布,得到换能器的导纳曲线、发射接收的频率响应曲线和指向性图,还可进行换能器的结构优化.2　功率超声换能器在功率超声领域,声能的产生主要通过三种方法,即流体动力法、压电效应法以及磁致伸缩效应法[1—9].流体动力型超声发生器包括气流声源和液体动力声源两种.气流声源是一种机械式的声频或超声频振动发声器,它依靠气流的动能作为振动能量的来源,可分为低压与高压声源两种.低压声源也称为哨,如通常的哨子及旋涡哨等.高压声源包括哈声学换能器技术专题特曼哨及其各种变异体等.低压气流声源的效率较高,可达30%左右,但声功率不高,通常不超过数瓦.高压声源的效率较低,但可获得较大的声功率.流体(液体)动力发生器声源是将液态流体中的涡流能量转换成声波辐射的一种声波换能器.它的工作原理是利用由喷嘴出来的射流与一定几何形状的障碍物(腔体)的相互作用,或者利用周期性地强迫射流中断的方法使液体媒质发生扰动,从而产生某种形式的速度场与压力场.流体动力发声器能在相当宽的频带内工作,能在0.3至35千赫频带内辐射1.5—2.5W /c m 2的声强.流体(液体)动力发生器声源的优点是可以廉价地获得声能,结构简单.液体流一方面是产生振动的动力源和振动体,另一方面又是传播声波的载体,因此易于声匹配.流体动力型超声发生器的主要应用包括气体中的超声除尘、空气中尘埃的凝聚、气体和重油的阻燃、加速热交换、超声干燥、超声液体处理、超声化学、超声除泡沫以及液体中的油水乳化、加速晶体化过程等.利用流体动力法产生超声的装置主要包括用于气体中的葛尔登哨、哈特曼哨及旋笛,用于液体中的簧片哨(见图1),以及可同时用于气体和液体中的旋涡哨等.图1　可在液体中产生超声的金属簧片哨基于压电效应原理工作的换能器统称为压电换能器.在功率超声领域,应用最广的是夹心式压电换能器,又称为复合棒换能器或郎之万换能器(见图2).除了常用的纵向振动模式换能器外,为适应功率超声新技术的需要,发展了扭转振动模式、弯曲振动模式、纵-扭以及纵-弯复合模式功率超声换能器.其分析理论已经从一维发展到了三维.除了传统的等效电路法和波动方程法以外,一些近似的分析方法,如等效弹性法以及有限元法等,在大尺寸功率超声换能器的分析中得到了广泛的应用.一些大型的数值分析软件,如ANSYS 等,不仅可以分析换能器的振动模式和共振频率,而且可以给出换能器任意位置及任意时刻的应力和应变状态以及位移分布,非常适用于换能器的优化设计.目前,功率超声换能器的工作频率也从常用的较低频率(如20kHz ),发展到了较高频率(如几百千赫兹甚至兆赫兹数量级),如应用于硅片清洗的兆赫兹换能器和用于集成电路微点焊机的小型高频超声焊接机.另外,换能器的工作频率也从单一工作频率发展到了多个工作频率.例如用于超声清洗中的复频换能器和宽频换能器等,以及用于超声焊接中的双工作频率超声振动系统等.单个换能器的功率容量也从几十瓦发展到几百瓦甚至几千瓦.图2　夹心式压电陶瓷超声换能器在压电超声换能器的发展过程中,压电材料的性能提高是关键.据报道,国内外的相关单位已研制出一类新的压电单晶材料(P MN 2PT 及PZ N 2PT ),其压电常数是现有的传统压电材料(如锆钛酸铅材料)的几倍乃至几十倍,但这种材料的工作频率上限还需进一步提高.可以预计,这种材料一旦商品化,换能器的功率容量以及振动位移将发生革命性的变化.另外,现有的压电陶瓷材料绝大部分都采用铅基的压电材料,但是由于国际环境保护法的实施,对无铅压电材料的研制提高到了一个新的高度,目前国内已有相当多的关于无铅压电陶瓷的研究报道,但真正能用于功率超声换能器且和锆钛酸铅陶瓷材料相媲美的廉价的无铅压电陶瓷材料实际上不存在.磁致伸缩换能器是基于某些铁磁材料及陶瓷材料所具有的磁致伸缩效应而制成的一种机声转换发声器件(见图3).传统的磁致伸缩材料包括镍、铝铁合金、铁钴钒合金、铁钴合金以及铁氧体材料等.与压电超声换能器相比,由传统的磁致伸缩材料制成的磁致伸缩换能器的应用范围已经很小,造成这种情况的原因在于磁致伸缩换能器的机电转换效率较低,而且其激励电路较复杂.然而随着材料科学技术声学换能器技术专题的发展以及稀土超磁致伸缩材料的研制成功,磁致伸缩换能器又受到了一定的重视.预计将来不久,利用稀土超磁致伸缩材料制成的大功率换能器将在超声技术中获得大规模应用.图3　磁致伸缩超声换能器示意图3　检测超声换能器检测超声换能器是实现产生和接收超声信号的主要器件.随着无损探伤技术的发展,对检测超声换能器的理论探讨和设计制作,受到了广泛的重视.目前检测超声换能器主要是利用压电材料制成的压电陶瓷超声换能器、静电换能器以及电磁声换能器等.在无损检测领域,人们常常称其为超声探头.图4所示为一个传统的压电式超声检测用纵波直探头.图4　检测超声换能器探头是与超声探测的方法紧密地联系在一起的.由于超声检测的应用领域广泛,超声检测的方法很多,因而超声探头的种类也是多种多样的.用于主动式超声检测的探头有:按频谱分有宽带窄脉冲探头和窄带连续波探头,以及冲击波探头、特高频探头和特低频探头;按工作波形分有直角纵波探头和斜角横波探头、板波探头、表面波和爬波探头;按耦合方式分有直接接触探头和水浸探头;按波束分有不聚焦的平探头和聚焦探头;按工作方式分有单探头、双探头、机械扫描和电子切换探头、电子束扫描相控阵探头等;按工作的环境分有高温探头、微型探头、高压探头等.被动工作式声发射探头有多模探头、波形鉴别和定位探头、小频率窗口的窄带探头和大频率窗口的窄带探头等.声学振动检测法探头有声阻法探头、声撞击探头、福克仪探头、硬度计探头、粘度计探头、加速度计探头、压力传感器探头等.此外还有科研用的一些特殊探头,如用于声场测试的微型探头、脉冲响应测试的宽带探头以及灵敏度校准的标准探头等.超声检测换能器大都工作在暂态状态下.换能器的暂态特性的研究实际上就是探讨探头在脉冲信号下的信号传输的特性,主要包括以下几部分内容.第一,探头在已知电脉冲的激励下,在负载中产生的超声波脉冲响应特性.第二,在一个已知的超声波脉冲的作用下,超声探头输出的电脉冲响应特性.第三,在已知的电脉冲的作用下,探头在负载中产生的超声脉冲由界面反射回来后又被探头接收输出的电脉冲响应特性等.以上三种情况也就是通常所说的超声发射、接收以及又发又收特性.超声探头的这些特性,不仅与探头的结构(背衬、压电片、匹配层和保护膜)和工作模式(纵波、横波、表面波及板波等)有关,还和超声波发生器的内阻和接收器的输入阻抗有关,而且还与激励信号的波形(发射时的电压波形以及接收时的入射声波波形)等有关.因此系统完整的有关探头暂态特性的分析内容是相当丰富的,而且与换能器的稳态特性相比,换能器的暂态特性的分析要复杂得多.检测超声换能器要求有高的灵敏度和信噪比.在噪声电平一定的情况下,增大有用信号的方法有两种,一是增加激励源电压,也就是增加发射声功率,然而这必须是有限度的,因为增加声功率一方面可能造成对检测物体或人体有害,另一方面也增加了电路的难度.第二种方法则是提高换能器的灵敏度,这是衡量检测超声换能器好坏的一个重要标志.换能器的灵敏度与换能器和电源内阻间的阻抗匹配密切相关.由于检测超声换能器的声负载(待探测物体)的声阻抗率与换能器材料严重失配,灵敏度往往较低.为了提高换能器的灵敏度,需要采用声匹配和电路匹配方法.声、电匹配可以使换能器的频带变宽,插入损耗减小,因而换能器的灵敏度提高,在同样激励源和背景噪声的情况下,信噪比也提高.此外,为了获得微小缺陷所必要的分辨率,要求声学换能器技术专题超声换能器有较高的纵向和横向分辨率等.目前提高换能器纵向分辨率的主要方法包括提高换能器的工作频率以及改善换能器的脉冲响应,实现宽带窄脉冲.另外,声、电匹配不仅可以提高换能器灵敏度,而且可以改善脉冲响应特性,从而提高系统的纵向分辨率.超声检测系统的横向分辨率是由换能器的声束宽度来决定的,为了提高换能器的横向分辨率,最有效的办法就是采用聚焦超声换能器,例如球型压电聚焦换能器、透镜聚焦换能器以及相控阵电子聚焦换能器等.4　超声换能器的性能测试在超声技术中,为了评价超声振动系统的性能以及超声的作用效果,必须对超声换能器的性能参数进行测试[10—15].超声换能器的各种参数大概可以分为两大类:第一类是与换能器本身的振动性质有关的物理量,如换能器的振动位移和振速及其分布,与其相关的测试方法主要包括显微镜法、干涉法以及全息法等,既可以进行绝对测量,也可以进行相对测试;第二类是与换能器的辐射声场有关的物理量,如换能器的辐射声功率,声强度以及声场分布等.关于超声换能器的性能测试,主要有两种方法,即小信号法以及大信号法两种.目前有关功率超声换能器的测试基本上限于小信号状态下的测试,常用的方法包括导纳和阻抗圆法,传输线法以及功率曲线法等.对于接收型超声换能器,其性能要求与发射型有所不同,因而其测试方法也有差异.对于接收型换能器,接收灵敏度是一个重要的电声参数,涉及到的测试方法有两种,一是比较法,二是互易法.一般来说,比较法主要用于校准测量换能器,而互易法主要用于校准标准换能器.关于超声换能器的大功率性能测试,由于换能器的非线性以及振动系统的复杂性,如波形畸变以及负载变化等,国内外至今没有一种通用的测试方法,也缺乏统一的国际和国家标准,因此,对于一些实用功率超声技术的评价缺乏统一的标准,也无法衡量大功率超声设备,如超声清洗机以及焊接机等的性能.日本学者于70年代提出了一种可以测量大功率超声换能器振动性能的高频电功率计法.该法可以测量换能器在大功率状态下的辐射声功率及电声效率.然而,这种方法存在一些致命的缺点,限制了其在实际中的应用.第一,为了测量换能器的介电损耗功率,需要两个性能完全一致的换能器,这一点在实际中是很难做到的.第二,为了得到换能器的介电及机械损耗功率,事先必须测出换能器的介电及机械损耗功率与换能器端电压和振动速度之间的依赖关系.鉴于上述原因,这种方法至今仍没有在实际中得到广泛的应用.功率超声在液体中的应用技术基本上都与超声的空化现象有关,所有的大功率超声液体声场实际上就是微观超声空化场的宏观表现.因此大功率超声场的测试实际上也就是超声空化场或空化现象的测试.由于超声的空化现象是一个极为复杂的非线性微观过程,其实际的测试极为困难和复杂,因而大功率超声场的定量精确测试也是很难的.比较流行的测试方法主要有两种:直接测量法(直接测量声场物理量的方法,这些物理量包括声压、声强以及声功率等)以及间接测量法(通过观察功率超声场的空化效果间接测量低频高强超声场).超声场的直接测试方法包括水听器法,如压电水听器、磁致伸缩水听器及光纤水听器等;热敏探头法,如热电偶和热敏元件等;以及光纤探测法和量热法等.间接测试方法包括薄膜腐蚀法,影像法,如淀粉碘化钾反应法,染色法,液晶显色法,声致发光成像法等,以及谱分析法,如频谱和功率谱分析法,声发射谱法,空化噪声谱等.在超声技术中,声功率是一个非常重要的物理量,有关其测试方法的研究报告也很多.声功率的直接测试方法主要包括用于小功率的辐射压力法(见图5)和用于大功率超声的量热法.辐射压力法主要用于医学超声功率的测试,测试范围从毫瓦级到几瓦乃至几十瓦不等,测试精度较高,基本上可以控制在10%左右.目前用于大功率超声功率的测试方法主要是量热法,随着灵敏的热敏器件的研究技术不断提高,可以预计超声功率的量热法测试将会受到更多的关注和重视.5　新型超声换能器5.1　大功率管状超声辐射器[16,17]Frei首次提出了一种用于超声清洗的新型超声波换能器———管状换能器(Tube res onat ors),结构如图6(a)所示.它由一个普通纵向振动换能器和一个圆管连接而成,圆管受换能器激励并将纵向振动转化为径向振动向周围液体辐射超声波.圆管可为实心也可为空心,其长度为振子工作时所对应半波长声学换能器技术专题图5　利用辐射力法测量超声换能器的声功率的整数倍.由于该管状换能器沿管体均能辐射超声波,故其辐射面积较普通夹心式换能器大很多,而且它通过径向振动向周围辐射声能,所以产生的声场也比较均匀.后来,W alter 等人对管形振子进行了改进,通过在圆管两端使用两个纵向振动换能器同时激励,从而更有效地将纵向振动转化为径向振动,并称这种振子为推拉换能器(Push -Pull transducers ),其结构如图6(b )所示,它和图6(a )所示管状换能器的结构相似,不同的是此时圆管两端均有纵振换能器激励,两个换能器通过内部导线相连接,最后经引线连接到超声电源.当圆管长度为振子工作时所对应半波长的奇数倍时,两个纵振换能器需同相激励;相反,当圆管长度为半波长的偶数倍时,两端的换能器需反相激励.目前,瑞士TE LS ON I C 、美国CREST 等公司均推出了该类换能器的系列化产品,工作频率有20kHz 、25kHz 、30kHz 、40kHz,输出功率最高达2000W ,振子最长近1.5m.我国也有单位于近年研制成功了此类管状换能器.图6　管状超声换能器结构示意图5.2　复频换能器研究[18—22]在超声清洗以及声化学等应用中,需要宽频带或具有多个共振频率的换能器.尽管可以利用电路技术中的扫频技术,但由于传统的夹心式压电换能器的频带较窄,因此扫频技术的效果不很理想.为了使换能器的频带加宽,或设计具有多个共振频率的换能器,可以采用的措施包括:(1)通过改变换能器电端匹配电路中的电感可以改变换能器的共振频率;(2)利用换能器的径向振动和纵向振动之间的耦合振动可以对换能器的共振频率和频带进行调节;(3)利用穿孔换能器可以展宽换能器的频带;(4)利用换能器辐射头的弯曲也可以展宽换能器的频带宽度;(5)利用矩形辐射板的弯曲振动,可以实现复频功率超声换能器,如图7所示.图7　弯曲振动矩形辐射板复频超声换能器5.3　大功率气介超声换能器的研究[23—28]西班牙学者提出了一种由纵向振动夹心式压电陶瓷超声换能器与弯曲振动板(圆板或矩形板)组成的大功率气介超声换能器(见图8),通过相位补偿技术,单个换能器的辐射功率可以达到500W ,电声效率可以达到75%.换能器的辐射面直径可以达到1m.此类换能器主要用于超声除尘、超声去泡沫以及超声清洗纺织品等.5.4　复合振动模式换能器的研究[29—32]随着超声技术的发展,一些新的超声应用技术声学换能器技术专题。

基于等效电路模型的超声换能器智能优化设计方法与流程文章标题：基于等效电路模型的超声换能器智能优化设计方法与流程1. 引言超声换能器是一种将电能和声能相互转换的装置，广泛应用于医疗成像、清洗、焊接和测厚等领域。

在超声换能器的设计过程中，如何实现智能化的优化设计是当前研究的热点之一。

本文将基于等效电路模型，探讨超声换能器智能优化设计的方法与流程。

2. 等效电路模型等效电路模型是对实际物理系统的简化描述，能够较为准确地模拟其电特性。

在超声换能器的设计中，通过建立等效电路模型，能够更好地理解其工作原理和优化设计过程。

2.1 串联等效电路模型超声换能器在工作时，可以看作是一个串联等效电路，包括驱动电路、压电材料、声阻抗匹配层和换能器壳体等组成部分。

其中，压电材料是超声换能器的关键部件，通过施加电场来实现声波的发射和接收。

2.2 并联等效电路模型另超声换能器还可以用并联等效电路模型来描述，其中压电材料的等效电路模型和声阻抗匹配层的等效电路模型并联在一起。

通过建立并联等效电路模型，可以更好地优化声波的传输和接收效率。

3. 智能优化设计方法在基于等效电路模型的基础上，超声换能器的智能优化设计方法主要包括参数化建模、多目标优化和自动化设计三个方面。

3.1 参数化建模需要对超声换能器的各个组成部分进行参数化建模，包括压电材料的厚度、声阻抗匹配层的材料和形状等。

通过建立参数化模型，能够实现对超声换能器的灵活设计和优化。

3.2 多目标优化在参数化建模的基础上，可以采用多目标优化的方法，包括声波发射效率、接收灵敏度和频率响应等多个指标。

通过多目标优化，能够实现超声换能器性能的全面提升，而不是单一指标的优化。

3.3 自动化设计可以借助人工智能和优化算法，实现超声换能器的自动化设计。

通过自动化设计，能够大大缩短设计周期，提高设计效率，同时可以得到更加全面和深入的设计方案。

4. 流程总结基于等效电路模型的超声换能器智能优化设计方法包括串联等效电路模型和并联等效电路模型的建立，以及参数化建模、多目标优化和自动化设计三个方面。

超声换能器功耗-概述说明以及解释1.引言超声换能器是一种将电能转换为超声波能的设备，广泛应用于医疗、清洗、焊接等领域。

随着人们对能源利用效率的日益重视，超声换能器的功耗问题也越来越受到关注。

本文将从超声换能器的原理、功耗影响因素和节能降耗的措施等方面进行探讨，旨在为提高超声换能器的能效提供参考。

1.1 概述部分的内容1.2 文章结构:本文主要分为三个部分: 引言、正文和结论。

- 引言部分将介绍超声换能器的概念和背景，以及本文的目的和意义。

- 正文部分将详细讨论超声换能器的原理，以及影响其功耗的因素。

同时，还将介绍一些节能降耗的措施，以帮助读者更好地了解如何降低超声换能器的功耗。

- 结论部分将总结本文的主要内容，展望未来超声换能器的发展方向，并总结文章的重点内容，为读者提供一个清晰的概述。

1.3 目的：本文旨在探讨超声换能器的功耗问题，分析其影响因素，并提出节能降耗的有效措施。

通过研究超声换能器的功耗情况，可以帮助工程师和研究人员更好地了解超声换能器的性能特点，提高其效率，降低能源消耗，推动超声技术在各个领域的应用和发展。

通过本文的研究，旨在为超声换能器的设计、制造和运用提供一定的参考和指导，促进超声技术在实际应用中的进一步推广和发展。

2.正文2.1 超声换能器的原理超声换能器是一种能够将电能转换成超声波能量的装置，其工作原理主要依靠压电效应。

压电效应是指某些特定晶体在受到外力作用时会发生形变，产生电荷的变化，从而形成电场，这一过程称为压电效应。

超声换能器中通常采用的压电材料是氧化锆或焦硅等。

当超声换能器接收到电信号时，电信号会使压电材料内部晶格结构发生变化，导致晶体的形变。

这种变形会导致晶体内部正负电荷的重新分布，形成电场。

当电信号的频率与压电材料的固有频率相匹配时，晶体会自然地振动，产生超声波能量。

超声换能器在正常工作时，会不断地将电能转换成超声波能量，并向外传播。

这些超声波能量可以在液体或固体介质中传播，可以用于医疗、清洗、焊接、测厚等领域。

超声波清洗换能器1.产品特点2.清洗换能器规格型号命名方式3.产品尺寸及性能参数4.采用不同压电陶瓷材料换能器的比较说明5.几种典型产品的结构示意图6.清洗换能器产品展示7.采用我公司换能器安装注意事项换能器，又称振子，是由压电陶瓷的压电效应实现电能与机械能（声波振动）的相互转换，并通过声阻抗匹配的前后辐射盖块进行放大的器件。

超声清洗是通过换能器产生的超声波振动，在水中发生空化效应所产生的瞬间高压空泡冲击被清洗物而达到良好的清洗效果。

超声波清洗换能器一般采用喇叭型复合阵子结构（属兰杰文振子结构），它由前、后金属盖板、压电陶瓷晶片、预应力螺杆、电极片、和绝缘套管组成。

施加合适的预应力，换能器在大功率、高振幅的条件下具有良好的机电转换效率。

超声波清洗换能器属连续工作的中功率型换能器，一般以连续工作的平均值来计算与恒量其功率大小。

1. 产品特点我们选用高稳定的压电晶片组件与最佳声匹配的前后盖设计，所生产产品具有如下特点：1.1 谐振阻抗低1.2 机械 Q 值高1.3 电声转换效率高。

1.4 热稳定性好1.5 发热量低1.6 频率及静态电容一致性佳。

1.7 振幅大，振速高产品品种齐全，可广泛用于各种超声波清洗设备。

2.清洗换能器规格型号命名方式3.产品尺寸及性能参数型 号谐振频率 （ KHz ） 静态电容 （ pF ） 谐振阻抗 （ Ω ） 外形尺寸 直径 * 高度功率 （ W ） 绝缘阻抗 （ 2500V DC ） 备注HNC-8SS-3528 28 ± 0.5 3100 ± 10% ≤ 25 Ω 45*79 50w ≥ 100M Ω黄色晶片HNC-8SH-3818 17 ± 0.8 3450 ± 10% ≤ 28 Ω 69*110 60w ≥ 100MΩHNC-8SH-3820 20 ± 0.8 3800 ± 10% ≤ 28 Ω 59*99 60w ≥ 100M ΩHNC-8SH-3823 23 ± 0.8 3800 ± 10% ≤ 28 Ω 59*84 60w ≥ 100M Ω HNC-8SH-3825 25 ± 0.8 3800 ± 10% ≤ 20 Ω 59*80 60w ≥ 100MΩHNC-8SH-3828 28 ± 0.5 3800 ± 10% ≤ 20 Ω 59*68 60w ≥ 100MΩ HNC-8SH-3833 33 ± 0.5 3800 ± 10% ≤ 20 Ω 48*61 60w ≥ 100M Ω HNC-8SH-3840* 40 ± 0.5 3800 ± 10% ≤ 20 Ω 48*51 60w ≥ 100MΩ HNC-8SH-4520 21.5 ± 0.8 5500 ± 10% ≤ 20 Ω 67*92 80w ≥ 100M Ω HNC-8SH-4528 28 ± 0.5 5500 ± 10% ≤ 20 Ω 67*68 80w ≥ 100MΩHNC-8SH-5028 28 ± 0.5 6700 ± 10% ≤ 20 Ω 67*68 100w ≥ 100MΩHNC-8SE-3833/45 33/45 ± 1.0 3800 ± 10% ≤ 30 Ω 59*55 60w ≥ 100M Ω 双频HNC-8SE-3828/40 28/40 ± 1.0 3800 ± 10% ≤ 30 Ω 65*70 60w ≥ 100MΩ HNC-4AH-2560 60 ± 1.5 2300 ± 10% ≤ 35 Ω 25*35 20w ≥ 100M Ω黑色晶片HNC-4AH-3060 60 ± 1.5 3800 ± 10% ≤ 35 Ω 36*33 35w ≥ 100MΩ HNC-4AH-3050 53 ± 1.0 3050 ± 10% ≤ 35 Ω 38*40 35w ≥ 100M ΩHNC-4SS-3528 28 ± 0.5 4000 ± 10% ≤ 20 Ω 45*79 50w ≥ 100M Ω HNC-4AH-3540* 40 ± 1.0 4000 ± 10% ≤ 20 Ω 45*55 50w ≥ 100MΩHNC-4SH-3825 25 ± 0.8 4800 ± 10% ≤ 20 Ω 59*80 60w ≥ 100MΩ HNC-4SH-3828 28 ± 0.5 4800 ± 10% ≤ 20 Ω 59*68 60w ≥ 100M Ω HNC-8SH-3833 33 ± 0.5 4800 ± 10% ≤ 20 Ω 48*61 60w ≥ 100MΩ HNC-4SH-3840* 40 ± 0.5 4800 ± 10% ≤ 20 Ω 48*51 60w ≥ 100M Ω HNC-4SS-3835* 35 ± 0.8 3700 ± 10% ≤ 25 Ω 40*54 80w ≥ 100MΩ HNC-4SS-3880* 80 ± 1.5 3700 ± 10% ≤ 25 Ω 40*54 80w ≥ 100MΩHNC-4SS-38120* 120 ± 1.5 4000 ± 10% ≤ 25 Ω 40*58 80w ≥ 100MΩHNC-4SS-38130* 130 ± 1.5 3700 ± 10% ≤ 25 Ω 40*54 80w ≥ 100MΩ注：前盖安装面如需采用螺孔安装的，螺孔尺寸（直径 * 牙距 * 深度）除注“ * ”为 M10*1.5*10 外，其余均为 M10*1.0*10 。

超声波清洗器设计报告1. 概述超声波清洗器是一种利用超声波振动作用于清洗剂或清洗介质中的物件的装置。

它通常由一个超声波发生器、一个清洗槽、一个传感器和一定量的清洗介质组成。

利用超声波振动的特性，将清洗介质中的气泡爆炸产生的压力波和液体流动产生的涡流，将清洗剂中的污垢和附着于被清洗的物体上的杂质清洗干净。

2. 设计原理超声波清洗的基本原理是利用高频的声波振动（在20千赫和1兆赫之间）对被清洗的物件产生的低压和高压不断变化的波动，产生的中间相变和炸裂现象来清洗表面污垢和杂质。

3. 设计要求3.1 动力系统超声波清洗器的动力系统应该包括超声波发生器和换能器。

超声波发生器是超声波清洗器的核心部件，它是用来产生高频声波的电子器件。

换能器则是将电能转换为机械能（超声波振动）的装置。

3.2 清洗槽清洗槽应该是一种质量较好的塑料或金属容器，可以装载一定的清洗介质和被清洗的物体。

清洗槽的大小应该与被清洗的物体相匹配，以确保更加有效的清洗。

3.3 传感器传感器是用来检测清洗液的温度和液位的设备，可以用来控制超声波清洗器的工作状态。

同时，传感器还可以用来监测清洗液的压力，以确保清洗液的循环在设定的范围内。

3.4 清洗介质清洗介质可以是一种清洗剂或只是水。

如果使用清洗剂，应该选择一种质量较好的清洗剂，不会对被清洗的物体造成损害。

此外，清洗剂应该是一种易于清洗的清洗介质。

4. 设计步骤4.1 超声波发生器的选用超声波发生器是超声波清洗器的核心部件，其性能非常重要。

我们可以根据需要选择适合的型号。

4.2 换能器的选用与超声波发生器不同，换能器的选用要根据清洗环境进行。

如果清洗环境比较恶劣，就需要选用耐腐蚀性能比较强的换能器。

4.3 清洗槽的选用清洗槽应该和被清洗的物体相吻合。

同时，如果需要清洗较大的物体或者较多的物体，清洗槽的大小也应该相应加大。

4.4 清洗介质的选用清洗介质可以是水或清洗剂。

选用清洗剂时要考虑清洗剂的对被清洗物的影响，并选择适合被清洗物的清洗剂。