换能器的应用

超声波换能器的应用十分广泛,它按应用的行业分为工业、农业、交通运输、生活、医疗及军事等。按实现的功能分为超声波加工、超声波清洗、超声波探测、检测、监测、遥测、遥控等；按工作环境分为液体、气体、生物体等;按性质分为功率超声波、检测超声波、超声波成像等。

压电陶瓷变压器
压电陶瓷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-机械能-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。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,在某些领域成为电磁变压器的理想替代元件等优点。此类变压器用于开关转换器、笔记本电脑、氖灯驱动器等。

超声波马达
超声波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波频率的振动,然后靠定子和转子间的摩擦力来传递能量,带动转子转动。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。广泛应用于光学仪器、激光、半导体微电子工艺、精密机械与仪器、机器人、医学与生物工程领域。

超声波清洗
机理是利用超声波在清洗液中传播时的空化、辐射压、声流等物理效应,对清洗件上的污物产生的机械起剥落作用,同时能促进清洗液与污物发生化学反应,达到清洗物件的目的。所用的频率根据清洗物的大小和目的可选用10～500kHz,一般多为20～50kHz。随着频率的增加,可采用郎之万振子、纵向振子、厚度振子等。在小型化方面,也有采用圆片振子的径向振动和弯曲振动的。在各种工业、农业、家用设备、电子、汽车、橡胶、印刷、飞机、食品、医院和医学研究等行业得到了越来越广泛的应用。

超声波焊接
超声波焊接有超声波金属焊接和超声波塑料焊接两大类。其中超声波塑料焊接技术已获得较为普遍的应用。它是利用换能器产生的超声振动,通过上焊件把超声振动能量传送到焊区。由于焊区即两焊件交界处声阻大,所以会产生局部高温使塑料熔化,在接触压力的作用下完成焊接工作。超声塑料焊接可方便焊接其他焊接法无法焊接的部位。另外,还节约了塑料制品昂贵的模具费,缩短了加工时间,提高了生产效率,有经济、快速和可靠等特点。

超声波加工
把微细磨料随工具一起以一定静压力加在工件上,就能加工出与工具相同的形状。加工时换能器需在15～40kHz的频率下,产生15～40微米的振幅。超声波工具使工件表面的磨料以相当大的冲击力连续冲击,破坏超声辐射部位,使材料破碎而达到去除材料的目的。超声波加工主要应用于宝石、玉器、大理石、玛瑙、硬质合金等脆硬材料的加工以及异型孔和细深孔的加工。此外,在普通切削工具上加振动时,也可起到提高精度和效率的作用。

超声波减肥
利用空化效应和微机械振动,将人体表皮下多余的脂肪细胞破碎、乳化后排出体外,达到减肥、塑形的目的。这是国际上90年代发展起来的一项新技术。意大利的Zocchi首次将超声去脂用于床,并获得成功,为整形、美容开创了先河。超声去脂技术在国内外得以迅速发展。

超声波育种
对植物种子进行适当频率和强度的超声波照射,可提高种子的发芽率,降低霉烂率,促进种子的生长,提高植物生长速度。据资料介绍,超声波可使某些植物种子生长速度提高2～3倍。

电子血压计
利用接收血管的压力,当气囊加压紧压血管时,因外加压力高于血管舒张压力,感受不到血管的压力;而当气囊逐渐泄气,对血管的压力随之减小到某一数值时,二者的压力达到平衡,此时就能感受到血管的压力,该压力即为心脏的收缩压,通过放大器发出指示信号,给出血压值。电子血压计由于取消了听诊器,可减轻医务人员的劳动强度。

遥测遥控
在有毒、放射性等恶劣环境中,人们不能接近工作,需要远地控制;电视机,电风扇以及电灯等电器开关需要遥控,都可装上,通过远地发射超声波由装在需要控系统上的接收换能器所接收,把声信号转变成电信号使开关动作。

交通监测
现代交通,自动监测车辆的通行和计数以便掌握车辆的运行情况是非常必要的。如交通监理站安装一个收发兼用的及其附属设备,当车辆通过时就有一个声脉冲返回,通过计数累计可得到日行车辆的数量。给汽车尾部装一个收发两用的换能器,可防止倒车相撞事故发生。在公路上安装接收型压电还可以监测噪声指数。

测距
超声波测距装置又叫声尺。它是通过收发两用的换能器,测量脉冲时间间隔。声尺可测10m以内的距离,精度可达千分之几。

检漏及气体检测
对于压力系统,在泄漏处,由于压力容器的内外压差造成射流噪声。这种噪声频谱极宽。对于非压力系统,可在密闭系统内安放一个超声波源,然后从密闭系统外部接收。一般未泄漏时测到的信号幅度极小或没有,在泄漏处信号幅度有突然增大的趋势。气体流量检测也是化工中的重要手段之一。流量检测目前有多种放大，如浮子流量计等。但利用主要优点是不妨碍流体的流动。

信息采集
智能机器人要实现在空间自由行走、辨认物体等功能,不仅要用测距导盲,而且要成像辨识。所以,需要小型的超声波换能器阵,以实现多种功能,这方面将成为一项重要的研究课题,吸引着众多的科学家为之奋斗。