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超聲波換能器的參數有哪些?分別表示什么含義?

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發表時間:2018-10-27 18:58網址:http://www.thisweekendsmovies.com/h-nd-537.html

超聲波換能器參數是分三種:

1.壓電陶瓷片參數(可由生產廠商提供

2.小信號測量換能器(書上有介紹方法,目的為匹配和檢查換能器的質量)

3.大功率測量(實際產品,現很少有做測量的有效方法)

超聲波壓電換能器阻抗測試儀

超聲波換能器測量時包括的參數:

F:諧振頻率(既阻抗最小時的狀態)

FS:反諧振頻率(阻抗最大時的狀態)

F1-F2:帶寬

R:動態電阻(阻抗)

C0:靜電容(電容表就可測得)

C1:動態電容(匹配參數)

L1:動態電感(匹配參數)

以上數據可以通過阻抗分析儀/HP4139可以測得關鍵的動態參數

超聲波換能器阻抗測試圖

1、從純電學角度:它就是個電容,用電阻表量,不通;用電容表量有幾百幾千PF的容值;

2、從純機械角度:它是個能諧振的彈性東西,振動在它內部有特殊的模式,象二胡的琴弦,但比它要復雜一點,在不同頻率下表現出串聯諧振和并聯諧振特性;

3、從電聲學角度:它是個轉換器,加電壓產生體積變化,限制它體積變化,就對限制它的物體產生力;加力在上就產生電壓。

  這種轉換就象我們電源中用的變壓器,描述變壓器轉換的參數是匝變比n,輸入Vp輸出Vs,則轉換用Vp=-nVs表示,變壓器兩側的參數都是電壓V。

  而描述換能器轉換的參數是電聲轉換系數(電聲比)Φ,電端參數電流I,聲端(或叫機端)參數是聲速v,轉換用I= -Φv表示。

  因為電學網絡分析的理論較成熟,所以把力學向電學靠攏,就是說用電學的描述方式(如V、I、R、L、C等)來描述力學的規律。

  在等效圖的機端,力F相當于電學的電壓V,聲速v相當于電學的電流I,力阻抗Zm相當于電阻R。

  于是在機端一側,歐姆定律的力學形式為:F= v·Zm;機端側的Lm、Cm等只做分析和理解用,是虛擬參數,難以實測,但可以通過其它參數的測量推算出來,如果用的到的話。

  對物體施力物體就有狀態變化的趨勢,阻值形態變化的因素就是力阻Zm產生的原因,如損耗、變為動能、彈性勢能等其它能量,于是

  Zm = Rm + j·Xm = Rm + j·(ωM -K/ω)

  可以這樣理解:損耗因素Rm將能量轉化為換能器以外的其它能量如熱損,這種能量轉換是不可逆的;

 Xm可以理解為象LC等電元件那樣存儲能量的因素,包括轉變為機械動能的ωM 項、產生彈性形變后變成彈性勢能的K/ω項,儲能這兩項只是暫時存儲能量,什么時候回收、什么時候它們之間相互轉換,不同形、材的換能器就有不同的表現。

超聲波電路原理等效圖.png

對于換能器壓電器件的分析和等效,我想應該有三種狀態:

 ?。?、自由狀態:不夾緊的狀態,分析壓電片時;

 ?。?、夾緊狀態:即做成換能器后但不施加負載時;

 ?。?、使用狀態:實際使用情況,換能器置放于使用介質中,了解這一狀態是我們設計電源最需要。

 從等效電路看,換能器和晶振濾波器等元件的電特性相似,應該有兩個諧振頻率,LCR串聯諧振頻率和LC0并聯諧振頻率。

超聲波換能器等效電路


 如果換能器使用中(業內)通說的諧振頻率只是指串聯諧振頻率(阻抗最小狀態),而忽略那個并聯諧振頻率,那么,是不是可以這樣理解:要有效地完成電聲轉換,工作頻率應該是串聯諧振頻率,只有在這個頻率下L和C的電抗相互抵消,能量才能最大效率地傳輸到R上;而靜電容C0通過電路中的匹配電感Lz進行中和,使開關管輸出的電壓和電流相位盡可能保持一致,從而滿足電路輸出能量傳輸的高效率。這樣理解可以嗎?

 參數中的L1、C1是否就是上面31貼圖中的L、C?

 如果是,那么是否還可以這樣理解輸出回路:

  換能器接入電源后,暫且拋開反饋變壓器的輸出電路是一個串聯諧振回路(L1C1R)并聯在另一個串聯回路(LzC0)的電容C0兩端。前一個回路是不可調的(但不知是否受聲學負載變化的影響?),而后一個回路可以通過Lz來調諧。

        L1和C1會受到負載影響的,影響的因素主要有溫度和機械負載,當溫度升高到45度以上時,電流會變大,但輸出功率會明顯變??;對機械負載而言,影響到L1和C1也是必然的,因為超聲換能器的原理是機械應變效應,施加機械負載后會使換能器的結構、質量、形狀等發生變化,從而改變了換能器的應變特性。兩者對換能器綜合影響的結果,會使諧振頻率偏移達2%甚至更多。


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