威尼斯威尼斯电子技术科普：什么是超声换能器？
超声换能器是一种将电能转换为机械能的装置，它是超声技术的核心部分，被誉为“工业之花”。在超声技术中，超声换能器被广泛应用于工业、农业、医药、食品、航天、军事等领域。作为功率放大器的一个主要应用方向之一，今天威尼斯就带大家一起深入了解一下超声换能器。
基本概念
超声换能器，即是谐振于超声频率的压电陶瓷，是利用材料的压电效应，将电能转变成机械能的一种装置，也就是将电能转换成机械能。其内部通常都包含一个电的储能元件和一个机械振动系统。
它是由一块由金属制成的压电晶体，或称之为压电陶瓷片组成。它在受到电压作用时，就会在压电晶体上产生相应的机械振动，这种机械振动的能量就转化成了电能。
当换能器用作发射器时，从激励电源送来的电振荡信号将引起换能器中电储能元件中电场或磁场的变化，这种变化通过某种效应对换能器的机械振动系统产生一个推动力，使其进入振动状态，从而推动与换能器机械振动系统相接触的介质发生振动，向介质中辐射声波。
接收声波的过程正好与此相反，外来声波作用在换能器的振动面上，从而使换能器的机械振动系统发生振动，借助某种物理效应，引起换能器储能元件中的电场或磁场发生相应的变化，从而引起换能器的电输出端产生一个相应于声信号的电压和电流。
超声换能器的分类
超声换能器的种类很多，按其工作原理和特点，大致可分为如下几类：
压电式超声换能器：包括陶瓷、石英、压电陶瓷、压电晶体、压电陶瓷-金属复合膜等。
电容式超声换能器：包括铁电薄膜、金属-绝缘体复合薄膜等。
磁电式超声换能器：包括铁磁材料、非铁磁性材料等。
根据换能器工作频率的范围，可以分为低频，高频换能器。例如，在医疗超声设备中：
低频换能器可以到500KHz，甚至更低到20KHz，
高频换能器目前则可以到50MHz
如果按照换能器制作的材料来区分，那又可以分为压电陶瓷换能器，压电薄膜换能器，压电厚膜换能器，压电单晶换能器，复合材料换能器，微机械加工的电容式换能器，微机械加工的压电式换能器等。
超声换能器性能分析
超声换能器性能的好坏，直接影响超声加工的质量和效率，因此必须对换能器的性能进行全面地了解。
1、频率范围：工作频率应在超声波换能器的实际工作频率范围内。
2、功率因数是指换能器输出功率与输入功率之比。
3、效率：效率是指超声换能器将电能转换为机械能的效率，即电能利用程度。
4、输出电压是指换能器将机械能转换成超声信号的电压值，即超声功率。
5、噪声：换能器在工作过程中所产生的噪声称为噪声。
超声换能器主要应用
1、超声清洗：超声波清洗广泛应用于化工、冶金、食品、医药、电子等工业中，其显著的优点是：清洗过程不接触工件，对工件无损坏，并能除油除锈，除去表面附着物，可对精密零件进行表面处理和除锈。
2、超声焊接：利用超声波的空化作用，使金属材料内部产生高温高压的高温区，使其熔合。在焊接过程中产生的高温高压可以直接用于焊接热成型和机械加工等领域。
3、超声切割：利用超声振动切割金属材料的断口和切口表面，可用于切割各种金属和非金属材料。
4、超声马达
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，它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。
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。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。
超声换能器因其体积小,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、便于制作等众多优势，被看做是电磁变压器的理想替代件，在工业、农业、交通运输、生活、医疗及军事等领域有着广泛应用。
应用案例：电压放大器在压电薄膜超声换能器实验中的应用
实验目的:基于压电薄膜超声换能器基本原理，根据声频定向基本理论和具体应用场景，通过对比传统压电换能器结构，提出了适用于本课题应用需求的多层圆形压电薄膜结构为阵元结构并对其进行声学特性的理论分析
作为国内测试仪器的民族品牌，威尼斯电子始终走在领域前沿，旗下自主研发生产的ATA-7030高压放大器拥有DC-100kHz的带宽，2kVpp~10kVpp的输出电压范围，20mA~40mA的电流输出能力，是压电陶瓷相关应用的动态驱动研发测试的理想选择。
同时该系列功率放大器，可输出理想的单端及差分信号，并设计了良好的过压，过流，短路保护装置，同时为了更好的为超声换能器测试客户应用，提供的完善的阻抗匹配网络，方便用户选择对应的匹配阻抗。
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