压电超声换能器原理及研究进展

单晶
压电换能 器材料
3、罗谢尔盐
4、磷酸二氢钾 1、钛酸钡陶瓷
陶瓷
2、镐钛酸铅陶瓷
3、偏铌酸铅陶瓷 4、铌酸钾钠陶瓷
5、钛酸铅陶瓷
压电超声换能器重要参数
机电耦合系数 电能机械能转换效率系数 介质损耗因子tanθ 有功功率与无功功率比值 机械损耗因子tanθM 损耗机械能与介质存储机械能 频率常数N 机械频率与决定该频率的线性尺寸乘积N=f0* h
超声马达优点
超声马达体积小， 力矩大，分辨率 高，结构简单， 直接驱动，无制 动机构，无轴承 机构，这些优点 有益于装置的小 型化。
直流电动机原理图
主要是以一片底部环形 定子（Stator）及一片 环形转子（Rotor）组 成，将超声波频率的震 动转变成转动能量。将 交流电加到定子底部的 压电陶瓷部份，便会令 定子产生 0.001mm 幅 度、约 30,000Hz 高频 而微细的震动，从而令 定子顶部与转子接触的 部份产生一种弯曲移动 波弯曲移动。波产生的 磨擦力，足以使转子产 生转动 。
压电超声换能器
小组成员：黄瑞湖、李炜、徐华易
主要内容

压电超声换能器原理 压电换能器应用 压电换能器发展方向及研究 进展
课题背景
超声换能器是实现声能与电能相互转换的 部件, 广泛应用于超声加工、超声清洗、 超声探测、检测、监测、遥测、遥控、 成像等
超声水压水雷
超声切割
超声探测
1、压电超声换能器原理
压电陶瓷变压器原理图
压电陶瓷变压器优点
与电磁变压器相比， 这具有体积小，质量 轻，功率密度高，效 率高，耐击穿，耐高 温，不怕 燃烧，无 电磁干扰和电磁噪声， 且结构简单、便于制 作、易批量生产。
使用压电变压器液晶显示器
用压电陶瓷变压器 制作液晶显示(CCFL) 背光高压电源不仅 克服了传统电磁变 压器工作在高压状 态下所存在的问题， 而且能很好地适应 电子设备小型化、 轻型化、片式化的 发展需要
正压电效应：晶体受到某固定
方向外力的作用时, 在某两个表
面上产生符号相反的电荷的现象
逆压电效应：对晶体施加交变
电场引ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ晶体机械变形的现象
动力源 （压电马达）
逆
压电器件 声-电信号转换
（压电变压器、 声纳系统） 逆
超声波
（超声清洗、探测）
电声信号压电方程
电声转换模型
压电方程
主要压电换能器材料
1、石英晶体 2、铌酸锂
佳能超声换能马达相机
压电陶瓷变压器
压电变压器是利用极化 后压电体的压电效应来 实现电压输出的。其输 入部分用正弦电压信号 驱动，通过逆压电效应 使其产生振动，振动波 通过输入和输出部分的 机械耦合到输出部分， 输出部分再通过正压电 效应产生电荷，实现压 电体的电能一机械能一 电能的两次变换，在压 电变压器的谐振频率下 获得最高输出电压。
2、压电超声换能器应用
压电超声换能器广泛应用于超声加工、超 声清洗、超声探测、检测、监测、遥测、 遥控，如：压电陶瓷变压器、超声马达、 超声波清洗、超声焊接、超声加工、交 通监测、机器人成像信息采集。
超声马达
超声马达是把定 子作为换能器， 利用压电晶体的 逆压电效应让马 达定子处于超声 频率振动，然后 靠定子和转子间 的摩擦力来传递 能量带动转子转 动
3、压电换能器发展方向及研究进展
压电超声换能器当前发展方向为大功率、 低压驱动、高频、薄膜化、微型化、集 成化，以及开发新型压电超声材料
微型化
清华大学物理系声学研究室研发出了世界 上最小的超声马达直径只有1mm。利用 这种微型马达可以用来制备微型血管机 器人、微型飞机等
新型压电材料
压电聚合物材料 一些聚合物当电流通过 时会像肌肉般收缩。而且，当对它加上 振动或者弯曲它时就会产生电流。美国 已采用其制备出人工肌肉，同时还可用 来制备人造神经。