超声波换能器分类和故障原因

超声换能器的定义及工作原理超声换能器的定义及工作原理天堂的乌鸦的日志- 网易博客换能器参数是分三种:1.压电陶瓷片参数(可由生产厂商提供)2.小信号测量换能器(书上有介绍方法,目的为匹配和检查换能器的质量)3.大功率测量(实际产品,现很少有做测量的有效方法)换能器测量时包括的参数:F:谐振频率(既阻抗最小时的状态)FS:反谐振频率(阻抗最大时的状态)F1-F2:带宽R:动态电阻(阻抗)C0:静电容(电容表就可测得)C1:动态电容(匹配参数)L1:动态电感(匹配参数)以上数据可以通过阻抗分析仪/HP4139可以测得关键的是动态的参数1、从纯电学角度：它就是个电容，用电阻表量，不通；用电容表量有几百几千PF的容值；2、从纯机械角度：它是个能谐振的弹性东西，振动在它内部有特殊的模式，象二胡的琴弦，但比它要复杂一点，在不同频率下表现出串联谐振和并联谐振特性；3、从电声学角度：它是个转换器，加电压产生体积变化，限制它体积变化，就对限制它的物体产生力；加力在上就产生电压。

这种转换就象我们电源中用的变压器，描述变压器转换的参数是匝变比n，输入Vp输出Vs，则转换用Vp=-nVs表示，变压器两侧的参数都是电压V。

而描述换能器转换的参数是电声转换系数（电声比）Φ，电端参数电流I，声端(或叫机端)参数是声速v，转换用I= -Φv表示。

因为电学网络分析的理论较成熟，所以把力学向电学靠拢，就是说用电学的描述方式（如V、I、R、L、C等）来描述力学的规律。

在等效图的机端，力F相当于电学的电压V，声速v相当于电学的电流I，力阻抗Zm相当于电阻R。

于是在机端一侧，欧姆定律的力学形式为：F= v·Zm；机端侧的Lm、Cm等只做分析和理解用，是虚拟参数，难以实测，但可以通过其它参数的测量推算出来，如果用的到的话。

对物体施力物体就有状态变化的趋势，阻值形态变化的因素就是力阻Zm产生的原因，如损耗、变为动能、弹性势能等其它能量，于是Zm = Rm + j·Xm = Rm + j·（ωM -K/ω）可以这样理解：损耗因素Rm将能量转化为换能器以外的其它能量如热损，这种能量转换是不可逆的；Xm可以理解为象LC等电元件那样存储能量的因素，包括转变为机械动能的ωM 项、产生弹性形变后变成弹性势能的K/ω项，储能这两项只是暂时存储能量，什么时候回收、什么时候它们之间相互转换，不同形、材的换能器就有不同的表现。

简单了解超声波换能器的作⽤超声波换能器是⼀种能把⾼频电能转化为机械能的装置，材料的压电效应将电信号转换为机械振动。

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，⽽⾃⾝消耗很少的⼀部分功率。

⼀、超声波换能器的⼯作原理：在总结超声波焊接机换能器的种类之前，我们先来了解⼀下超声波换能器的⼯作原理：超声波换能器是由锆钛酸铅压电陶瓷材料制造的夹芯式构件组成，通常在超声波焊接头处就会有⼀组超声波换能器。

超声波换能器主要功能是实现声能、电能、机械能的能量转换。

⼆、超声波换能器的作⽤：超声波换能器的作⽤主要表现在能量转化上，主要通过超声波换能器把超声波能量集中，然后转化到超声波模具及焊接头上。

三、超声波换能器的种类：超声波换能器的分类⽅式有多种多样，常见的有：1.按照换能器的振动模式，可分为剪切振动换能器、扭转振动换能器、纵向振动换能器、弯曲振动换能器等。

2.按照换能器的⼯作状态，可分为接收型超声换能器、发射型超声换能器和收发两⽤型超声换能器。

3.按照换能器的⼯作介质，可分为液体换能器、固体换能器以及⽓介超声换能器等。

4.按照换能器的输⼊功率和⼯作信号，可分为检测超声换能器、脉冲信号换能器、功率超声换能器、连续波信号换能器、调制信号换能器等。

5.按照换能器的形状，可分为圆柱型换能器、棒状换能器、圆盘型换能器、复合型超声换能器及球形换能器等。

6.按照能量转换的机理和所⽤的换能材料，可分为电磁声换能器、静电换能器、机械型超声换能器、磁致伸缩换能器、压电换能器等。

德召尼克（常州）焊接科技有限公司是⼀家在江苏常州注册的企业，以超声波焊接，振动摩擦焊接，激光塑料焊接应⽤为核⼼，⾮标⾃动化设备研发设计为依托的⾼科技企业。

⽬前公司主要业务领域涉⾜：电声⾏业，汽车⾏业、医疗⾏业，净⽔⾏业等不同领域。

公司秉承以科技为先导、以品质和效益为中⼼、以技术创新为推动⼒，致⼒于为客户提供先进的超声波，振动摩擦，激光等焊接领域的技术开发与研究，主要涉及产品包括：超声波塑料焊接、超声波⾦属焊接、振动摩擦焊接，激光塑料焊接系统、以及相应焊头、模具的设计和制造，⾮标⾃动化系统设备集成。

超声波换能器的参数及工作方式类型超声波换能器是一种能够将电能转换为超声波能量的装置。

它由压电材料组成，通过电场的作用使材料发生压缩和膨胀，从而产生超声波。

本文将从超声波换能器的参数和工作方式类型两个方面对其进行详细介绍。

一、超声波换能器的参数超声波换能器的参数对其性能和应用有着重要影响，主要包括频率、振幅、工作电压和灵敏度等。

1. 频率：超声波换能器的频率通常指的是压电材料的固有频率，即在不加电场的情况下，材料自身振动的频率。

超声波换能器的频率范围很广，从几十千赫兹到几百兆赫兹不等，可以根据具体应用需求选择适当的频率。

2. 振幅：超声波换能器的振幅是指材料在电场刺激下产生的最大机械振幅。

振幅的大小与换能器的尺寸、材料性质和工作电压等因素相关，通常通过调节工作电压来控制振幅的大小。

3. 工作电压：工作电压是指施加在超声波换能器上的电压，通过改变电压的大小和频率可以控制超声波的产生和输出。

工作电压的选择要考虑到换能器的耐受能力和应用需求。

4. 灵敏度：超声波换能器的灵敏度是指它对输入信号的敏感程度。

灵敏度越高，换能器对输入信号的响应越快速、准确。

灵敏度的大小与换能器的材料性质和结构设计等因素密切相关。

二、超声波换能器的工作方式类型根据超声波换能器的工作方式不同，可以将其分为压电式、磁电式和电动力式三种类型。

1. 压电式超声波换能器：压电式超声波换能器是应用最广泛的一种类型。

它利用压电效应将电能转化为机械能，通过电场的作用使压电材料发生压缩和膨胀，从而产生超声波。

压电式超声波换能器具有频率范围广、振幅大、能量转换效率高等优势，被广泛应用于医学成像、无损检测、清洗和声纳等领域。

2. 磁电式超声波换能器：磁电式超声波换能器利用磁电效应将电能转化为机械能。

它通过电磁场的作用使磁电材料发生形变，从而产生超声波。

磁电式超声波换能器具有振幅大、频率稳定等特点，适用于高功率和高频率的应用。

3. 电动力式超声波换能器：电动力式超声波换能器是一种利用电动力效应将电能转化为机械能的装置。

超声波换能器原理知识大普及在对超声波焊接机、超声波清洗机等设备的了解过程中，都会看到超声波换能器的身影，那么超声波换能器究竟是个什么设备呢?它主要完成哪些功能呢?又是利用什么原理来完成的呢?接下来就让小编带您一探究竟！一、超声波换能器简介超声波换能器，英文名称为Ultrasonictransducer，是一种将高频电能转换为机械能的能量转换器件。

其常被用于超声波清洗机、超声波焊接机、三氯机、气相机等设备中，在农业、工业、生活、交通运输、军事、医疗等领域内都得到了广泛的应用。

超声波换能器二、超声波换能器结构超声波换能器主要包括外壳、声窗(匹配层)、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出电缆、Cymbal阵列接收器等几大部分构成。

其中，压电陶瓷圆盘换能器起到的作用和一般的换能器相同，主要用于发射并接受超声波;而在压电陶瓷圆盘换能器的上面是Cymbal阵列接收器，主要由引出电缆、Cymbal换能器、金属圆环和橡胶垫圈组成，用作超声波接收器，接受压电陶瓷圆盘换能器频带外产生的多普勒回拨信号。

超声波换能器结构三、超声波换能器原理超声波换能器，其实就是频率与其谐振频率相同的压电陶瓷，利用的是材料的压电效应将电能转换为机械振动。

一般情况下，先由超声波发生器产生超声波，经超声波换能器将其转换为机械振动，再经超声波导出装置、超声波接收装置便可产生超声波。

超声波换能器原理四、超声波换能器应用(1)超声波清洗机利用超声波在清洗液中不断地进行传播来清洗物体上的污垢，其超声波振动频率便是由超声波换能器决定的，可根据清洗物来设定不同的频率以达到清洗的目的。

(2)超声波焊接机利用超声波换能器产生超声波振动，振动产生摩擦使得焊区局部熔化进而接合在一起。

(3)超声波马达中并不含有超声波换能器，只是将其定子近似为换能器，利用逆压电效应产生超声波振动，通过定子与转子的摩擦进而带动转子转动。

(4)超声波减肥利用超声波换能器产生机械振动，将脂肪细胞振碎并排出体外，进而达到减肥的效果。

超声波换能器基本知识超声波换能器基本组成：换能器由外壳、匹配层、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出电缆和Cymbal阵列接收器组成。

压电陶瓷圆盘换能器采用厚度方向极化的PZT-5压电材料制成，Cymbal阵列接收器由8～16只Cymbal换能器、两个金属圆环和橡胶垫圈组成。

压电陶瓷圆盘换能器用作基本的超声波换能器，由它发射和接收超声波信号；Cymbal阵列接收器位于圆盘式压电换能器之上，作为超声波接收器，用于接收圆盘换能器频带之外的多普勒回波信号。

本发明的作用距离大于35m，频带宽度达到10kHz，能检测高速移动的远距离目标。

超声波换能器功能结构：超声波换能器，包括外壳(1)、匹配层即声窗(2)、压电陶瓷圆盘换能器(3)、背衬(4)、引出电缆(5)，其特征在于它还包括Cymbal阵列接收器，它由引出电缆(6)、8～16只Cymbal换能器(7)、金属圆环(8)、(9)和橡胶垫圈(10) 组成；Cymbal阵列接收器位于圆盘式压电换能器3之上；压电陶瓷圆盘换能器用作基本的超声波换能器，由它发射和接收超声波信号；Cymbal阵列接收器位于圆盘式压电换能器之上，作为超声波接收器，用于接收圆盘换能器频带之外的多普勒回波信号。

超声波换能器常见问题1、超声波振子受潮，可以用兆欧表检查与换能器相连接的插头，检查绝缘电阻值就可以判断基本情况，一般要求绝缘电阻大于5兆欧以上。

如果达不到这个绝缘电阻值，一般是换能器受潮，可以把换能器整体（不包括喷塑外壳）放进烘箱设定100℃ 左右烘干3小时或者使用电吹风去潮至阻值正常为止。

2、换能器振子打火，陶瓷材料碎裂，可以用肉眼和兆欧表结合检查，一般作为应急处理的措施，可以把个别损坏的振子断开，不会影响到别的振子正常使用。

3、振子脱胶，我们的换能器是采用胶结，螺钉紧固双重保证工艺，在一般情况下会出现这种情况。

4、不锈钢振动面穿孔，一般换能器满负荷使用10年可能会出现振动面穿孔的情况参考网站：。

超声波换能器常见故障
超声波换能器作为一种常见的传感器和测量设备，在使用过程中可能会出现一些常见的故障。

以下是一些可能的故障及其可能的原因和解决方法：
1. 衰减或失去信号：
可能原因，超声波换能器传感器头部受损或脏污、超声波波束被障碍物遮挡、超声波传感器连接线路故障。

解决方法，检查并清洁传感器头部，排除障碍物，检查线路连接是否松动或损坏。

2. 信号干扰：
可能原因，外部环境电磁干扰、电源干扰、信号线路干扰。

解决方法，将超声波传感器线路与电源线路隔离，增加屏蔽措施，使用抗干扰能力强的超声波传感器。

3. 温度漂移：
可能原因，超声波传感器长时间工作后温度过高导致性能下降。

解决方法，定期对超声波传感器进行散热，避免长时间高温工作。

4. 距离测量不准确：
可能原因，超声波传感器与目标物之间有杂音或多路径反射问题。

解决方法，增加超声波传感器的滤波功能，调整传感器的安装
位置，避免多路径反射。

5. 组件老化：
可能原因，超声波传感器内部元件老化。

解决方法，更换超声波传感器内部元件或整个传感器。

总的来说，超声波换能器的常见故障可能包括信号衰减、信号
干扰、温度漂移、测量不准确和组件老化等问题。

对于这些问题，及时的维护保养和定期的检测维修是非常重要的，以确保超声波换能器的正常工作和准确测量。

超声波换能器阻抗超声波技术在医学、工业、安防等领域得到了广泛的应用，而超声波换能器作为超声波技术的核心部件之一，其阻抗特性对于超声波信号的产生和传输起着重要的作用。

本文将从超声波换能器阻抗的概念、特点、测量方法以及阻抗匹配等方面进行阐述。

一、超声波换能器阻抗的概念超声波换能器是将电能转化为超声波能量的一种装置，其主要由压电陶瓷材料和金属电极组成。

在超声波换能器中，电极通过交变电场作用于压电陶瓷上，使其发生压电效应，产生超声波信号，并将其传递到被测介质中。

而超声波换能器阻抗则是指超声波换能器内部电学特性与外部电学特性之间的匹配程度，即超声波信号从超声波换能器到介质的传递过程中所需要克服的电学阻力。

超声波换能器阻抗与压电陶瓷材料的厚度、直径、材料性质等因素密切相关，不同的超声波换能器阻抗会对超声波信号的发射和接收产生不同的影响。

二、超声波换能器阻抗的特点超声波换能器阻抗的特点主要体现在以下几个方面：1. 阻抗大小不同：不同类型、不同尺寸的超声波换能器阻抗大小不同，其阻抗值通常在几十到几千欧姆之间。

2. 阻抗频率特性：超声波换能器阻抗随着频率的变化而发生变化，通常存在一个最佳的工作频率。

3. 阻抗匹配问题：超声波换能器的阻抗与被测介质的阻抗不匹配会导致超声波信号的反射和衰减，进而影响信号的传输和接收。

三、超声波换能器阻抗的测量方法测量超声波换能器阻抗的方法通常有两种：一种是利用阻抗分析仪进行阻抗测试，另一种是通过超声波传播特性的测量来计算其阻抗值。

1. 阻抗分析仪测量：将超声波换能器与阻抗分析仪相连，通过测量其反射系数、透射系数等参数计算出超声波换能器的阻抗值。

2. 超声波传播特性测量：利用声速、声阻抗等参数计算出超声波在超声波换能器和介质之间的传播特性，再通过计算反射系数、透射系数等参数来推算出超声波换能器的阻抗值。

四、超声波换能器阻抗匹配为了充分利用超声波换能器的性能，需要对超声波换能器和被测介质之间的阻抗进行匹配。

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。

超声波换能器常见故障全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：超声波换能器是一种常用的电子设备，主要用于将电能转换成超声波能量，并在工业和医疗领域得到广泛应用，但是在长时间使用过程中，会出现一些常见的故障。

本文将介绍超声波换能器的常见故障及解决方法，希望能为用户提供一些帮助。

一、超声波换能器常见故障一：无法正常工作1.可能原因：超声波换能器无法正常工作的原因有很多种，可能是电源供应问题，也可能是设备内部元件损坏等。

2.解决方法：首先检查电源供应是否正常，确保有足够的电能供给超声波换能器。

如果电源供应正常，可以检查设备内部元件是否出现损坏，如电路板、电容、电阻等，如发现有损坏的元件，需要及时更换或修理。

1.可能原因：频率不稳定通常是由于超声波换能器内部电路出现故障引起的，可能是由于元件老化或者电路设计不合理等原因导致频率不稳定。

2.解决方法：如果频率不稳定，首先要检查超声波换能器内部电路是否有漏电或短路等问题，可以使用万用表检测电路各个元件的电阻值和电压值，找出故障元件并更换或修理。

1.可能原因：超声波换能器声音变小通常是由于换能器内部压电陶瓷片老化或受损导致声音变小。

2.解决方法：如果声音变小，首先检查压电陶瓷片是否受损或老化，如有问题需要及时更换压电陶瓷片。

还可以检查超声波换能器的振幅调节器是否正常工作，及时调整振幅，以确保换能器正常工作。

1.可能原因：超声波换能器在工作过程中会产生一定量的热量，如果长时间使用或者环境温度过高，可能导致超声波换能器温度过高。

2.解决方法：如果发现超声波换能器温度过高，可以考虑循环使用，避免长时间连续工作。

还可以增加换能器附近的通风设施，提高换能器散热效果，以减少温度过高的问题。

第二篇示例：超声波换能器是一种应用广泛的传感器，常用于测距、清洗、探伤等领域。

由于长时间使用或操作不当等原因，超声波换能器常会出现一些故障，影响其正常工作。

下面我们将介绍一些超声波换能器常见的故障及解决方法。