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电磁超声（EMA）技术的发展与应用（营口市北方检测设备有限公司）概要：介绍了电磁超声（EMA）技术在国内外的发展、原理及在工业中的实际应用。
1、电磁超声（EMA）技术在国内外地发展无损检测技术的发展已历经一个世纪，其重要性在全世界已得到公认。
作为无损检测技术的一个新军，EMA技术也越来越受到人们的青睐，它代表了超声检测的发展方向（无耦合），这一点在2000年第15届世界无损检测会议上得到了充分肯定。
EMA技术在国际上是从60年代末期开始崛起的，到了70年代中后期开始迅速发展，英、美、俄、德、日都相继进行了声波的EMA理论与实验，从而大大扩展了EMA技术革新的应用范围，到了70年代末西德Hosch钢厂研制出高分辨率的用于中厚板内部探伤及螺旋弹簧内部探伤的仪器设备，与此同时德国无损检测研究所也成功地研制并转产了火车轮动态EMA探伤装置。
而到了80年代初，英国、日本也先后研制成功了高温EMA探伤及测厚装置，进入21世纪，经过了近50年的不懈努力，EMA技术已逐步进入了工业应用阶段。
其应用领域从最初的中厚板、火车轮检测及高温测厚，发展到焊缝检测、钢棒检测、钢管检测、铁路钢轨检测、复合材料检测等众多领域。
我们国家EMA技术的研究，是从70年代开始的。
主要代表是冶金钢铁研究总院张广纯教授等，经过30几年的深入研究与不断完善，从理论研究的水平看，与国际的EMA技术研究基本同步，而在实际应用方面的某些领域。
我们与国外尚存在着一定的距离。
但在钢管管体及管端的自动化探伤方面我们则走在了国际该领域的前列。
2、EMA技术的基本原理和主要特点EMA与传统的压电超声同属于超声范畴，它们的本质区别就在于换能器不同，也就是发射接收方式不同，压电超声换能器是靠压电晶片的压电效应，发射和接收超声波的，它的能量转换是在晶片上进行的。
而EMA T则是靠电磁效应发射和接收超声波的。
其能量转换则是在被测工件表面的趋肤层内直接进行的，所以它不需要任何耦合介质。
超声电机原理
超声电机是一种利用超声波产生的机械振动来实现运动的电机。
它具有体积小、效率高、响应速度快、噪音小等优点，因此在各种
领域得到了广泛的应用。
超声电机的工作原理主要包括超声波的产生、传播和转换成机械振动三个方面。
首先，超声电机的工作原理涉及到超声波的产生。
超声波是指
频率高于20kHz的声波，它可以通过压电效应或磁致伸缩效应来产生。
在超声电机中，常用的是压电效应。
当施加电压到压电陶瓷上时，会产生压电效应，使其产生机械振动，从而产生超声波。
这种
超声波具有高频率、短波长的特点，可以实现精细的机械控制。
其次，超声电机的工作原理还涉及到超声波的传播。
超声波在
传播过程中会受到介质的影响，不同介质对超声波的传播速度和衰
减程度都有影响。
因此，在超声电机中需要考虑介质的选择以及超
声波的传播路径，以确保超声波能够准确地传播到需要的位置。
最后，超声电机的工作原理还包括超声波的转换成机械振动。
当超声波传播到需要的位置时，可以通过压电陶瓷或磁致伸缩材料
将超声波转换成机械振动。
这种机械振动可以驱动机械装置实现运
动，如旋转、线性运动等。
由于超声波具有高频率和短波长的特点，因此可以实现微小的机械振动，从而实现精密的位置控制。
总的来说，超声电机的工作原理是通过产生、传播和转换超声
波来实现机械振动，从而实现运动控制。
它具有许多优点，如体积小、效率高、响应速度快、噪音小等，因此在精密仪器、医疗设备、光学设备等领域得到了广泛的应用。
随着科技的不断发展，相信超
声电机在未来会有更广阔的应用前景。
超声波在电子电力行业中的作用是什么在当今高度发达的电子电力行业中，各种先进的技术和工艺不断涌现，为电子设备的性能提升和电力系统的稳定运行提供了有力保障。
其中，超声波技术作为一种非侵入式、高效且精确的检测和处理手段，正发挥着日益重要的作用。
超声波，简单来说，就是频率高于人类听觉上限（约 20kHz）的声波。
它具有方向性好、穿透能力强、能量集中等特点，这使得它在电子电力行业中有着广泛的应用。
首先，在电子元件的制造和检测环节，超声波发挥着关键作用。
以集成电路（IC）的制造为例，芯片的封装过程中需要确保各层材料之间的紧密结合，避免出现空洞、裂缝等缺陷。
超声波检测技术可以在不破坏封装结构的前提下，对芯片内部的封装质量进行精确评估。
通过向芯片发送超声波脉冲，并接收反射回来的声波信号，分析人员能够检测到微小的缺陷，并确定其位置和大小。
这种非破坏性检测方法不仅提高了产品的质量和可靠性，还降低了生产成本，避免了因缺陷产品流入市场而带来的潜在风险。
在印刷电路板（PCB）的制造中，超声波也大有用武之地。
PCB 上的线路越来越细密，对制造工艺的要求也越来越高。
利用超声波清洗技术，可以有效地去除 PCB 表面的污垢、助焊剂残留以及微小的颗粒杂质，从而提高线路的导通性能和可靠性。
此外，超声波还可以用于PCB 钻孔过程中的定位和检测，确保钻孔的精度和质量。
在电子电力设备的维护和故障诊断方面，超声波同样不可或缺。
例如，变压器是电力系统中重要的设备之一，长期运行可能会导致内部绝缘老化、局部放电等问题。
局部放电会产生超声波信号，通过安装在变压器外壳上的超声波传感器，可以检测到这些异常信号，并对放电的位置和强度进行评估。
这有助于及时发现潜在的故障隐患，采取相应的维护措施，避免变压器故障造成的停电事故和经济损失。
对于电力电缆，超声波技术也能够有效地检测其绝缘状况。
电缆在长期使用过程中，绝缘层可能会出现磨损、老化等问题，从而导致绝缘性能下降。
超声波发展背景超声波（Ultrasound）是一种机械波，其频率高于人类听觉范围的声波，通常被定义为20kHz以上的频率。
超声波在医学、工业、科学研究等领域具有广泛的应用。
本文将详细介绍超声波的发展背景，包括其起源、发现、发展历程以及应用领域。
一、超声波的起源和发现超声波的起源可以追溯到19世纪中叶。
法国物理学家皮埃尔·居里在1880年首次发现了压电效应，即某些晶体在受到压力作用时会产生电荷。
这一发现为超声波的产生和探测提供了基础。
随后，美国物理学家查尔斯·汤普森·赫斯顿在1917年发现了超声波的传导现象。
他利用压电效应将电信号转换为声波，然后通过固体传导声波，并再次将声波转换为电信号。
这一实验验证了超声波的存在，并为后来的超声波技术发展奠定了基础。
二、超声波的发展历程1. 初期发展阶段超声波技术在初期主要用于探测和测量。
20世纪20年代，美国物理学家乔治·伊斯特林格开辟了第一个超声波测量仪器，用于测量材料的厚度。
随后，超声波技术逐渐应用于材料检测、声纳、声学显像等领域。
2. 医学应用的兴起20世纪50年代，医学领域开始广泛应用超声波技术。
1956年，美国医生道格拉斯·霍华德·贝克利首次将超声波应用于医学诊断，他利用超声波探测人体内部的器官和组织，实现了无创的检查和影像显示。
这一突破引起了超声医学的快速发展。
3. 超声波成像技术的进步20世纪70年代，随着电子技术和计算机技术的进步，超声波成像技术得到了极大的改进。
传统的A型超声波成像逐渐被B型超声波成像所取代，B型超声波成像技术能够实现更清晰的图象显示，提高了医学诊断的准确性。
4. 超声波在工业领域的应用除了医学领域，超声波技术在工业领域也有广泛的应用。
超声波无损检测技术可以用于检测材料的缺陷、腐蚀程度等，广泛应用于航空航天、汽车创造、钢铁冶金等行业。
此外，超声波清洗技术、超声波焊接技术等也为工业生产带来了便利。
超声波发展背景超声波是一种高频声波，其频率超过人类听觉范围的上限20kHz。
超声波的发展背景可以追溯到19世纪，当时科学家们开始研究声波的传播和特性。
以下是超声波发展的重要里程碑和应用领域的介绍。
1. 里程碑事件1.1 19世纪末：法国物理学家皮埃尔·居里和雅克·居里发现了压电效应，这是超声波技术的基础。
压电晶体在电场刺激下会产生机械振动，从而产生超声波。
1.2 1917年：德国物理学家康拉德·鲍尔发明了第一个超声波发生器。
他使用压电晶体和电磁振荡器产生了超声波。
1.3 1942年：美国物理学家伊万·道尔和霍夫曼发明了第一个超声波显像设备，用于医学诊断。
这一发明开创了超声波在医学领域的应用。
1.4 1950年代：超声波开始在工业领域得到广泛应用，用于检测材料的缺陷、测量流体流速等。
1.5 1960年代：超声波开始在海洋领域应用，用于测量海洋深度、探测鱼群等。
1.6 1970年代：超声波开始在食品加工和清洗领域应用，用于杀菌、清洗和加工食品。
1.7 1980年代：超声波开始在环境保护领域应用，用于水质监测、废水处理等。
1.8 1990年代：超声波开始在汽车工业领域应用，用于检测零部件的缺陷、测量液体水平等。
1.9 2000年代：超声波开始在无损检测领域得到广泛应用，用于检测材料的裂纹、腐蚀等。
2. 应用领域2.1 医学诊断：超声波成像技术在医学领域被广泛应用于检测和诊断。
它可以用于检查胎儿发育、器官病变、血流速度等。
2.2 工业无损检测：超声波可以用于检测材料的缺陷、裂纹、腐蚀等，广泛应用于航空、航天、汽车、电子等行业。
2.3 海洋探测：超声波可以用于测量海洋深度、探测鱼群、探测水下障碍物等，对海洋研究和海洋资源开辟具有重要意义。
2.4 食品加工和清洗：超声波可以用于杀菌、清洗和加工食品，提高食品的质量和安全性。
2.5 环境监测：超声波可以用于水质监测、废水处理等，匡助保护环境和改善生态。
2024年超声波换能器市场前景分析简介超声波换能器是一种将电能转化为机械振动能的装置，广泛应用于医疗、工业和消费电子等领域。
本文将对超声波换能器市场的前景进行分析。
市场概述超声波换能器市场具有广阔的发展前景。
随着人们对高效、精确、无损的检测需求的增加，超声波技术得到了广泛应用。
超声波换能器作为超声波技术的关键组件之一，其市场需求也在不断增长。
市场驱动因素1.医疗需求增加：随着人口老龄化和医疗技术的进步，超声波换能器在医疗领域的应用不断扩大，如超声影像、超声治疗等。
预计在未来几年内，医疗行业对超声波换能器的需求将持续增长。
2.工业应用增加：超声波换能器在工业领域的应用也在快速增长，如超声波清洗、超声波焊接等。
工业界对高效、低成本、无损的生产工艺的需求将推动超声波换能器市场的发展。
3.消费电子市场扩大：随着智能手机、智能家电等消费电子产品的普及，对超声波换能器的需求也在增加。
超声波传感技术的应用将为消费电子市场带来新的机遇。
市场挑战1.技术难题：超声波换能器的质量和性能直接影响到其应用效果，如灵敏度、频率响应等。
在制造过程中，如何实现高质量、高性能的换能器仍然是一个技术难题。
2.市场竞争加剧：随着市场的增长，越来越多的厂商进入超声波换能器市场，竞争日益加剧。
如何在激烈竞争中保持竞争优势将是一个挑战。
市场趋势1.小型化：超声波换能器的小型化是市场的一个明显趋势。
随着技术的进步，厂商不断推出更小、更轻便的超声波换能器，以满足日益增长的便携化需求。
2.多功能化：超声波换能器在医疗、工业和消费电子等领域的应用需求不断增加，厂商也在不断开发具有多功能的换能器，以满足不同行业和领域的需求。
市场前景展望超声波换能器市场在未来几年内有望持续增长。
医疗、工业和消费电子领域对超声波技术的应用需求不断增加，将驱动超声波换能器市场的发展。
然而，市场竞争加剧和技术难题仍然是市场发展的挑战。
随着技术的不断进步和市场的不断发展，超声波换能器市场有望实现更大的突破和发展。
超声波电机的工作原理
1 超声波电机
超声波电机是一种新型的无极变速电机，它的概念来源于无极步
进电机的原理。
它的基本原理是利用来自多个超声波发射器的超高频
信号来改变电机的转速。
这对传统的步进电机的控制有着巨大的改变。
构成
超声波电机的主要组件由多个超声波发射器、接收器和控制电路
组成。
每个超声波发射器负责将一定频率的超声波脉冲发送出去。
接
收器将接收电机发出的超声波脉冲转变为电信号，然后经由控制电路
对电机进行控制。
原理
超声波电机是一种发射和接收超声波信号来控制电机转速的无极
变速器。
当多个超声波发射器发送超声波信号时，电机体内的接收器
将接收到超声波信号，并将之转化为电信号。
控制电路则接收到转变
后的电信号，根据其不同频率来控制电机的转速或者是发出停止命令。
优势
超声波电机拥有无极变速电机的许多优点，其输出功率强、切换
灵活，不受电源造成的噪声干扰，稳定且高效。
此外，超声波电机的
信号可以传播任何距离，不受任何电磁干扰。
最后，超声波电机还可
以通过调整频率来改变电机的转速，从而满足用户对变速的要求。
结论
超声波电机的技术并不难，但它的应用非常广泛。
它能解决很多变速性能低、受电源影响大等方面的问题，同时满足大多数应用情况下的控制要求，而且具有很好的稳定性、高效率。
带你认识超声波的应用场景超声波是一种机械波，其频率高于20千赫兹，人类的听觉范围无法感知。
超声波具有穿透力强、方向性好、易控制等特点，因此在各个领域有着广泛的应用场景。
本文将带领读者深入探讨超声波的应用场景，让大家更加全面了解这一科技在现代社会中的重要性。
一、医疗领域超声波在医疗领域的应用是最为广泛和重要的。
超声波可以通过人体组织，无需切开皮肤，因此被广泛应用于影像学检查，如B超、彩超等。
医生可以通过超声波成像观察器官的结构和功能，帮助诊断疾病。
此外，超声波还可用于治疗肿瘤、溶血坏死组织，促进伤口愈合等，为医疗领域带来了革命性变革。
二、工业领域在工业领域，超声波也发挥着巨大的作用。
超声波可以被用于清洗、焊接、切割等工艺。
比如，超声波清洗可以去除零件表面的污垢和油脂，同时不会损坏零件表面。
超声波焊接则可以快速、高效地将金属零件粘接在一起，确保焊接质量。
此外，在食品加工、塑料加工等领域，超声波也有着重要的应用价值。
三、环境监测超声波在环境监测领域也有着重要作用。
例如，利用超声波可以检测水质污染情况，监测水中溶解氧、氨氮等物质的含量。
此外，超声波还可以用于大气污染监测、地质勘探等方面，为环境保护提供了有效手段。
四、安防领域在安防领域，超声波也被广泛运用。
超声波传感器可以检测周围环境中的物体，并发出警报信号，起到防盗、监控的作用。
超声波也可以用于声呐系统，帮助船只避开障碍物、进行导航。
超声波在安防领域的应用不仅提高了安全性，还提升了生活质量。
五、军事领域在军事领域，超声波同样扮演着重要角色。
超声波雷达可以在战场上精确探测敌方目标的位置、速度等信息，为作战指挥提供了重要依据。
此外，超声波在激光武器、声纳系统等方面也有着广泛的应用，为国防事业做出了重要贡献。
综上所述，超声波在医疗、工业、环境监测、安防、军事等领域都有着重要的应用场景，为现代社会的发展和进步发挥着重要作用。
相信随着科技的不断进步和发展，超声波的应用范围还会不断扩大，为人类带来更多便利和福祉。
超声波仪器的原理和应用一、超声波仪器的原理超声波仪器是利用超声波在物质中传播和反射的原理，通过测量超声波在物体内部传播和反射过程中的特征参数，来实现对物体结构和性质的非破坏性检测和成像。
其原理包括超声波的产生、传播、接收和信号处理等几个方面。
1. 超声波的产生超声波的产生通常通过压电材料的压电效应来实现。
当压电材料受到外加电场时，会发生相应的形变，从而产生机械振动。
这种机械振动可以被传导到物质中间介质内，形成超声波。
2. 超声波的传播超声波在物质中的传播速度与该物质的密度、弹性系数和纵波声速有关。
传播过程中，超声波与物质中的界面发生反射、折射和散射等现象，进而形成回波信号。
3. 超声波的接收超声波在物体内部传播过程中，一部分被物体吸收，一部分被物体内部结构反射。
超声波接收器通过压电效应将反射回来的超声波信号转换为电信号，供后续信号处理和成像。
4. 信号处理超声波接收到的电信号经过放大、滤波和数字化等处理，用于生成超声波的接收信号。
通过对接收信号的处理，可以获取物体的结构和性质信息。
二、超声波仪器的应用超声波仪器作为一种非破坏性检测技术，被广泛应用于不同领域，包括医学、工业、材料科学和地质勘探等。
1. 医学应用超声波在医学领域有着重要的应用，如超声波成像、超声心动图、超声诊断等。
超声波成像技术可以通过对人体内部组织的反射信号进行处理，实现对人体结构的成像，用于辅助医生诊断疾病。
超声心动图可以观察心脏的结构和运动情况，帮助医生判断心脏疾病。
超声诊断则通过检测人体内部组织的声学特性，来提供细微病变的信息。
2. 工业应用在工业领域，超声波可以用于材料表面的缺陷检测、材料的质量控制和非破坏性测试等。
例如，在金属材料的焊接过程中，超声波可以检测焊缝的质量，并判断是否存在缺陷。
此外，超声波还能够用于测量材料的厚度、密度和硬度等重要参数。
3. 材料科学应用超声波在材料科学领域也具有广泛的应用。
通过测量超声波在材料中的传播速度和衰减特性等参数，可以评估材料的微观结构和物理性能。
超声波知识超声波是一种高频声波，其频率通常超过20kHz，无法被人耳直接听到。
超声波在医学、工业、生活等领域都有广泛的应用。
本文将介绍超声波的原理、应用以及相关的技术发展。
一、超声波的原理超声波是一种机械波，其传播需要介质的支持。
当超声波通过介质传播时，介质分子因受到超声波的振动而发生位移，从而形成机械能的传递。
超声波的传播速度与介质的密度和弹性有关，一般情况下，在相同介质中，超声波的传播速度比空气中的声波速度要快得多。
超声波的产生是通过压电效应实现的。
压电材料具有特殊的物理性质，当外加电压施加在压电晶体上时，会使晶体发生机械振动。
这种机械振动会产生声波，其中包括超声波。
因此，超声波的产生离不开压电材料的应用。
二、超声波的应用1.医学领域超声波在医学领域中有着广泛的应用。
超声波可以通过人体组织的不同特性，如声阻抗、声传播速度等，对人体进行检查和诊断。
常见的超声波医学应用包括超声心动图、超声骨密度检测、超声造影等。
超声波无辐射、无创伤、操作方便等特点，使其成为医学影像学中不可或缺的技术手段。
2.工业领域超声波在工业领域中也有广泛的应用。
超声波可以用于清洗、焊接、切割、测厚等工艺。
例如，超声波清洗可以通过超声波的振动作用将污垢从物体表面去除，广泛应用于电子器件、光学仪器等的清洗。
超声波焊接可以通过超声波的振动作用将物体的两个部分牢固地连接在一起，广泛应用于塑料制品、金属制品等的生产。
3.生活领域超声波在生活领域中也有一些应用。
例如，超声波加湿器可以通过超声波的震动将水分子雾化成微小的水滴，增加室内空气的湿度。
超声波测距仪可以利用超声波的传播时间来测量物体与测距仪之间的距离，广泛应用于安防监控、车辆倒车雷达等领域。
三、超声波技术的发展随着科技的不断进步，超声波技术也在不断发展。
现在已经出现了更加先进的超声波技术，如超声弹性成像、超声导航、超声治疗等。
超声弹性成像可以通过测量物体的弹性变形来获取其组织的弹性信息，从而实现对肿瘤、囊肿等病变的检测。
超声波的原理与应用有哪些1. 超声波的原理超声波是指频率大于20kHz的声波，其传播和特性与一般声波略有不同。
超声波的产生是通过将电能转化为机械振动，然后通过震动发射头产生声波，再将机械振动转为电能通过接收头接收，最后通过电信号来显示或记录。
超声波在产生和接收过程中主要经过以下几个步骤：•超声波的发射：超声波发射是通过压电材料的特殊性质实现的。
当施加于压电材料上的电场的频率高于声学频率时，压电材料会振动从而发射超声波。
•超声波的传播：超声波在介质中的传播速度主要取决于介质的密度和弹性模量。
当超声波从一个媒介传播到另一个媒介时，会发生超声波的折射和反射。
•超声波的接收：超声波的接收是通过将超声波转换为电信号来实现的。
当超声波达到接收头时，它会使压电材料发生机械振动，从而将其转换为电信号。
2. 超声波的应用超声波具有许多重要的应用，涵盖了多个领域。
下面列举了其中几个主要的应用：•医学领域：超声波在医学领域中广泛应用于影像学、诊断和治疗等方面。
例如，超声波成像技术可以用于检测人体内部器官的结构和病变，如超声心动图和超声乳房检查。
此外，超声波也可以用于治疗，如超声波消融术和超声波切割术等。
•工业领域：超声波在工业领域中有广泛的应用。
例如，超声波清洗技术可以用于清洗各种材料和零件，如玻璃、金属和塑料等。
此外，超声波也可以用于焊接、切割和铸造等工艺。
•材料测试和无损检测：超声波可以用于材料的测试和无损检测。
例如，超声波测量技术可以用于测量材料的厚度、密度和弹性模量等物理性质。
此外，超声波无损检测技术可以用于检测材料内部的缺陷和损伤。
•生物科学研究：超声波在生物科学研究中也有重要的应用。
例如，超声波可以用于研究生物组织的生物力学性质和生理功能。
此外，超声波也可以用于研究细胞的生长和发育过程。
•环境监测：超声波可以用于环境监测和控制。
例如，超声波流量计可以用于测量气体和液体的流速和流量。
此外，超声波也可以用于监测空气和水质量等环境参数。
超声波的原理及应用1. 超声波的定义超声波是一种频率高于人类听觉范围的机械波，其频率通常大于20kHz。
2. 超声波的产生超声波的产生主要依靠压电材料的压电效应。
当压电材料受到外界电场的作用时，会发生形变，从而产生声波。
3. 超声波的传播超声波在传播过程中会发生折射、反射和衍射等现象。
超声波的传播速度与介质的密度和弹性有关，一般在固体和液体介质中传播速度较高。
4. 超声波的应用超声波在医学、工业、生物科学等领域有着广泛的应用。
4.1 医学领域•超声波在医学诊断中起着重要的作用。
通过超声波可以观察和诊断人体内部的器官和组织。
•超声波也被用于医疗器械的清洗和灭菌，以保证医疗器械的卫生安全。
•超声波在激光手术中用来诱导热能，提高手术的精确性和安全性。
4.2 工业领域•超声波被广泛应用于无损检测领域，可以用来检测材料内部的缺陷和疵点。
•超声波在焊接、切割和清洗等工艺中可以起到提高效率和质量的作用。
•超声波也被应用于液体的测量、浓度检测和流量控制。
4.3 生物科学领域•超声波可以用来研究生物体内部的组织结构和功能。
•超声波在细胞研究中可以用来进行细胞破碎和细胞分离。
•超声波也可以用来研究动物的生活习性和迁徙行为。
5. 超声波的优缺点5.1 优点•非侵入性：超声波在许多应用领域中可以实现非侵入性的检测和观察。
•安全性：超声波对人体和环境没有明显的伤害。
•易于操作：超声波设备通常体积小巧，可以方便携带和使用。
5.2 缺点•传播距离有限：超声波在空气中传播距离较短，因此在一些长距离传播的应用中受到限制。
•精度受限：由于超声波的波长较短，因此其对小尺寸的检测和观察的精度有限。
6. 结论超声波作为一种重要的机械波，具有很多优点和广泛的应用领域。
随着科技的进步和发展，超声波技术将得到进一步的推广和应用。
超声波电机的发展及应用 1.超声波电动机原理 超声波电动机(Ultrasonic Motor缩写USM)是以超声频域的机械振动为驱动源的驱动器。是国外近20年发展起来的一种新型电机。与传统的电机不同，超声波电机无绕组和磁极，无需通过电磁作用产生运动力。一般由振动体(相当于传统电机中的定子，由压电陶瓷和金属弹性材料制成)和移动体(相当于传统电机中的转子，由弹性体和摩擦材料及塑料等制成)组成。在振动体的压电陶瓷振子上加高频交流电压时，利用逆压电效应或电致伸缩效应使定子在超声频段(频率为20KHZ以上)产生微观机械振动。并将这种振动通过共振放大和摩擦耦合变换成旋转或直线型运动。逆压电效应能够在振动体内激发出几十千赫的超声波振动 ,使振动体表面起驱动作用的质点形成一定运动轨迹的超声波频率的微观振动(振幅一般为数微米) ,如椭圆、李萨如轨迹等 ,该微观振动通过振动体和移动体之间的摩擦作用使移动体沿某一方向做连续宏观运动。因此 ,超声波电机是将弹性材料的微观形变通过共振放大和摩擦耦合转换成转子或滑块的宏观运动。 近几年发展出了多种超声波电机，如环形行波USM、步进USM、多自由度USM等，且行波型USM 已有较成熟的设计。下面来说明一下行波型USM的原理。行波型USM要旋转，需要具备两个条件：与转子相接触的定子表面质点须做椭圆运动 ,定子、转子之间的接触面须有摩擦力。图 1 中的弹性体为定子 ,其上部为转子 ,定子、转子间夹一层摩擦材料。摩擦材料一般粘接在转子表面上。利用电能激励压电陶瓷复合振子 ,使之产生超声振动 ,并在弹性体内产生行波。当电信号频率调整到与定子(弹性体) 的机械共振频率一致时 , 定子的振动幅度最大 , 并形成行波。在行波的弯曲传播过程中 ,定子表面的质点就会形成椭圆振动轨迹。当无数个这样的粒子都以同相位振动时 ,就会在定子表面形成力矩 ,力矩方向与行波传播方向相反。该力矩依靠定子、转子间的摩擦力驱动转子运动。转子的运动速度由定子表面质点的振幅和频率决定 ,振幅大则速度快; 另外 ,加大定子、转子间压力 ,增加其间的摩擦力 ,也会增大转子受到的力矩。图 2 为环形行波型USM的结构示意图。主要部件为定子和转子。定子有弹性环，压电陶瓷环和粘接在其上的带有凸齿的弹性金属环组成，弹性环由不锈钢、硬铝或铜等金属制成。凸齿的作用是放大定子表面振动的振幅，是=使转子获得较大的输出能量。压电陶瓷环采用的是施加交变电压后能够产生机械谐振位移的“硬性”压电陶瓷材料，其质量的好坏直接影响电机性能。粘接剂多用高温固化的环氧树脂胶。
图 2 环形行波型 USM 的结构示意图 实现超声波驱动有两个前提条件：首先，需在定子表面激励出稳态的质点椭圆运动轨迹；其次，将定子表面质点水平方向的微观运动转换成转子的宏观运动或平动。第一个前提条件对应着机电能量转换，利用逆压电效应由电能转化成机械振动能：第二个前提条件对应着运动形式转化，往往通过定转子间的摩擦力来实现，近年来亦有通过气体或液体为中间介质接触为非接触型超声波电机，也称为声悬浮超声波电机。从超声电机的工作原理可见，其正常工作离不开两个能量转换作用：机电转换作用和摩擦转换作用。机电转换作用是指压电陶瓷的逆压电效应，即对压电陶瓷振子加高频振荡电流，使它以超声波的频率振动。摩擦转换作用是指弹性体(定子与压电陶瓷的合称)的振动经过定子与转子工作面间的摩擦作用转化成转子的直线运动或旋转运动。要保证大力矩输出、止动性好，必须满足的条件就是有效足够的机电转换作用和有效稳定的摩擦转换作用。
2.超声波电机的发展现状 USM自从80年代初问世以来，就以新颖的工作原理，独特的性能特点吸引了许多人的注意。到目前为止，无论是理论研究还是应用开发，日本均处于世界领先水平。根据以发表的文章和有关资料，包括日本有关USM的专利申请的调查，可以大概了解到USM的应用研究情况。日本众多研究单位如东京大学、东京工业大学、山行大学、爱知大学等从事理论研究、新结构研究、控制芯片集成研究。东京工业大学研制了定、转子距离为0.05mm、转速为4400r/min的非接触式行波型超声波电动机。近10年来日本的超声波电动机已经进入了实用化商业应用阶段，众多国际大公司从事超声波电动机研发、应用、销售，如佳能公司、新生公司、本多公司等等。至今超声波电动机的种类已经数十种之多。 美国目前有众多从事超声波电动机研究的机构，主要有麻省理工大学、加州大学伯克利分校、密苏里大学、喷气推进器实验室等。超声波电动机在航天、军事及精密仪器等领域得到了广泛的应用。喷气推进器实验室研制了用超声波电动机作为驱动源的多功能自动爬行系统，麻省理工学院在行波型超声波电动机方面也获得很多的成果，同时与喷气推进器实验室合作开展了超声波电动机在太空环境中应用的研究。
3.超声波电动机的应用领域 超声波电动机具有独特的优点及良好的性能，及对超声波电动机理论及控制的研究不断深入，使超声波电动机得到了快速的发展，应用领域日益广泛。 超声波电机在高科技领域应用比较广泛，超声波电机的应用领域可概括如下： 1)航空航天领域:航空航天器往往处在高真空、极端温度、强辐射、无法有效润滑等恶劣条件中，且对系统重量要求严苛，超声马达是其中驱动器的最佳选择。 2)精密仪器仪表电磁马达用齿轮箱减速来增大力矩，由于存在齿轮间隙和回程误差，难以达到很高定位精度，而超声马达可直接实现驱动，且响应快、控制特性好，可用于精密仪器仪表。 3)机器人：用超声电动机作为机器人的关节驱动器，超声波电动机具有低速、大转矩和非连续工作中具有比电磁电机更为优越的性能，可将关节的固定部分和运动部分分别与超声马达的定、转子作为一体，使整个机构非常紧凑。日本开发出球型超声电动机，为多自由度机器人的驱动解决了诸多的难题。 4)微型机械技术中的微驱动器：微型电机作为微型机械的核心，是微型机械发展水平的重要标志。微电子机械系统(micro electronic mechanical systems，缩写MEMS)的制造研发中，其电机多是毫米级的。医疗领域是微机械技术运用最具代表性的领域之一，超声电机在手术机器人和外科手术器械上已得到应用。 5)照相机、手机对焦：由于超声波电动机启动和制动速度比传统的对焦电机快，canon 公司将环形超声波电动机作为中高级镜头的对焦电机，超声波电动机在照相机中的到了广泛的应用。随着人们对手机的附加功能越来越多样化，以往手机拍照系统均采用数字变焦方式，使得图像清晰度降低，而光学变焦方式能很好地解决这个问题，韩国三星公司将长5mm、直径1.6mm的两个超声波电动机应用与手机拍照系统中，取得了很好的效果。 6)医疗器械：由于传统电磁式电机自身会产生磁场，从而对实时成像产生不良影响，并且传统电磁式电机在强磁场的环境中无法正常工作。超声波电动机具有自身不产生磁场，也不受磁场干扰的特性，非常适合用于核磁共振。 7)汽车阀门控制：由于超声波电动机具有自锁特性和响应快等特性，并且可以避免火花的产生，对于自动调节油门控制超声波电动机具有它独特的优点。 相比与电磁式电机，超声波电动机具有其独特的应用优势，由于超声波电动机还不是很普及，只是被一些有实力的高端企业应用。目前超声波电动机更多应用在高端，精密的产品等领域，在日常生活上使用的还是比较少，但是随着超声波电动机进一步研究和探索，超声波电动机的应用领域会进一步扩大。
4.超声波电动机的发展展望 1）超声波电功机目前主要存在的问題： 超声波电动机具有全新的结构,与原来传统的电磁型电机相比有着许多多独特的优点,但也存在着一些不足。 (l)效率较低、输出功率偏小。超声波电动机主要存在两个个能量消耗较大的两个过程:一是高频电能通过压电材料的逆压故应将电能转换成高频振动的机械能;二是定、转子之间存在摩擦。因此超声波电动机的效率一般较低,旋转型行波超声波电动机的效率一般在30%左右,输出不超过50 W。 目前我国超声波电动机的效率一般只有 3% -l5%。 (2）使用寿命较短。 由于传通能量方式是通过定子和转子之间通过摩擦来实现，必然会存在摩擦材料的磨损,高频机械振动的定子会导致超声波电动机整体结构或晶体材料的性能下降甚至损坏，在功率校大、温度的情况下尤为严重,因此超声波电动机不适合连续的、长时间的运行。 长期运行时超声波电动机的性能会下降。 (3)驱动要高。为了激发出定子的机械共振, 还特别需要高频电源的驱动。对电源的频率、幅值、相位也有一定的要求.在超声温度有所变化时.超声波电动机的机械共振频率会发生変化。需要增加自动频率跟踪措施,以保证电机输出性能稳定，因此超声波电动机驱动控制较为复杂,对电力电子器件也提出一定的要求。 2）超声波电动机需要进一步研究的课题： 超声波电动机的出现为电机的多样性提供了一条新的的思路,但从理论、设计、控制技术还有许多的工作需要进一步研究 。 (1)超声波电动机的效率是关系超声波电动机能不能广泛应用和发展前景的问題,可以从压电材料、摩擦材料、电机结构、能量转换方式等方面进行深入的研究。目前超声波电动机主要还是依靠定、转子之间的摩擦实现的,这种摩擦不同于常规下的摩擦,也是影响超声波电动机效率的关键因素,为此给摩擦理论、电机整体结构的优化带来了新挑战。
5.结 语 超声波电动机作为一种新型的电机,与传统的电磁电机的结构及其运行机理完全不一样 ,超声波电动机呈现出传统电机没有的一些优点。经过几十年的发展,超声波电动机的基本理论、设计、及其控制取得了很多的成果。国外超声波电动机的基本实现了产地化,日本最有代表性,日本超声波电动机已经广泛地应用于一些精密仪器及高科技领域当中。中国虽然超声波电动机的研究工作起步晚,但是在众多高校、科研単位努力下.发展较快快并取得很多的成果，但产品化并不多。提高效率、摩擦材料、结构优化、振动模型、控制策略、延长寿命等方面的研究还存在着不少的同题需要研究解决。 超声波电动机发展是新型电机发展的一个方向，随着综合学科的发展,特别是摩擦学、材料、机械振动等学科的迅速发展,超声波电动机也得到了迅速发展。应用领域越来越多，超声波电动机具有更加广泛的发展空间和发展前景。
