压电超声换能器原理及研究进展 ppt
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源自文库
压电陶瓷变压器原理图
-
14
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
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
-
17
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
-
18
新型压电材料
压电超声换能器
小组成员：黄瑞湖、李炜、徐华易
-
1
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
-
2
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
-
3
超声水压水雷
超声切割
超声探测
1、压电超声换能器原理
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
电场引起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
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。
-
9
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。
-
10
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
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。
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19
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 。
单晶
2、铌酸锂 3、罗谢尔盐
压电换能 器材料
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
-
8
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
压电陶瓷变压器原理图
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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
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
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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
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新型压电材料
压电超声换能器
小组成员：黄瑞湖、李炜、徐华易
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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
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2
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
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超声水压水雷
超声切割
超声探测
1、压电超声换能器原理
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
电场引起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
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。
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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。
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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
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。
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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 。
单晶
2、铌酸锂 3、罗谢尔盐
压电换能 器材料
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
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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