換能器的應用

超聲波換能器的應用十分廣泛,它按應用的行業(yè)分為工業(yè)、農業(yè)、交通運輸、生活、醫療及軍事等。按實(shí)現的功能分為超聲波加工、超聲波清洗、超聲波探測、檢測、監測、遙測、遙控等；按工作環(huán)境分為液體、氣體、生物體等;按性質(zhì)分為功率超聲波、檢測超聲波、超聲波成像等。

壓電陶瓷變壓器
壓電陶瓷變壓器是利用極化后壓電體的壓電效應來(lái)實(shí)現電壓輸出的。其輸入部分用正弦電壓信號驅動(dòng),通過(guò)逆壓電效應使其產(chǎn)生振動(dòng),振動(dòng)波通過(guò)輸入和輸出部分的機械耦合到輸出部分,輸出部分再通過(guò)正壓電效應產(chǎn)生電荷,實(shí)現壓電體的電能-機械能-電能的兩次變換,在壓電變壓器的諧振頻率下獲得最高輸出電壓。與電磁變壓器相比,這具有體積小,質(zhì)量輕,功率密度高,效率高,耐擊穿,耐高溫,不怕燃燒,無(wú)電磁干擾和電磁噪聲,且結構簡(jiǎn)單、便于制作、易批量生產(chǎn),在某些領(lǐng)域成為電磁變壓器的理想替代元件等優(yōu)點(diǎn)。此類(lèi)變壓器用于開(kāi)關(guān)轉換器、筆記本電腦、氖燈驅動(dòng)器等。

超聲波馬達
超聲波馬達是把定子作為換能器,利用壓電晶體的逆壓電效應讓馬達定子處于超聲波頻率的振動(dòng),然后靠定子和轉子間的摩擦力來(lái)傳遞能量,帶動(dòng)轉子轉動(dòng)。體積小,力矩大,分辨率高,結構簡(jiǎn)單,直接驅動(dòng),無(wú)制動(dòng)機構,無(wú)軸承機構,這些優(yōu)點(diǎn)有益于裝置的小型化。廣泛應用于光學(xué)儀器、激光、半導體微電子工藝、精密機械與儀器、機器人、醫學(xué)與生物工程領(lǐng)域。

超聲波清洗
機理是利用超聲波在清洗液中傳播時(shí)的空化、輻射壓、聲流等物理效應,對清洗件上的污物產(chǎn)生的機械起剝落作用,同時(shí)能促進(jìn)清洗液與污物發(fā)生化學(xué)反應,達到清洗物件的目的。所用的頻率根據清洗物的大小和目的可選用10～500kHz,一般多為20～50kHz。隨著(zhù)頻率的增加,可采用郎之萬(wàn)振子、縱向振子、厚度振子等。在小型化方面,也有采用圓片振子的徑向振動(dòng)和彎曲振動(dòng)的。在各種工業(yè)、農業(yè)、家用設備、電子、汽車(chē)、橡膠、印刷、飛機、食品、醫院和醫學(xué)研究等行業(yè)得到了越來(lái)越廣泛的應用。

超聲波焊接
超聲波焊接有超聲波金屬焊接和超聲波塑料焊接兩大類(lèi)。其中超聲波塑料焊接技術(shù)已獲得較為普遍的應用。它是利用換能器產(chǎn)生的超聲振動(dòng),通過(guò)上焊件把超聲振動(dòng)能量傳送到焊區。由于焊區即兩焊件交界處聲阻大,所以會(huì )產(chǎn)生局部高溫使塑料熔化,在接觸壓力的作用下完成焊接工作。超聲塑料焊接可方便焊接其他焊接法無(wú)法焊接的部位。另外,還節約了塑料制品昂貴的模具費,縮短了加工時(shí)間,提高了生產(chǎn)效率,有經(jīng)濟、快速和可靠等特點(diǎn)。

超聲波加工
把微細磨料隨工具一起以一定靜壓力加在工件上,就能加工出與工具相同的形狀。加工時(shí)換能器需在15～40kHz的頻率下,產(chǎn)生15～40微米的振幅。超聲波工具使工件表面的磨料以相當大的沖擊力連續沖擊,破壞超聲輻射部位,使材料破碎而達到去除材料的目的。超聲波加工主要應用于寶石、玉器、大理石、瑪瑙、硬質(zhì)合金等脆硬材料的加工以及異型孔和細深孔的加工。此外,在普通切削工具上加振動(dòng)時(shí),也可起到提高精度和效率的作用。

超聲波減肥
利用空化效應和微機械振動(dòng),將人體表皮下多余的脂肪細胞破碎、乳化后排出體外,達到減肥、塑形的目的。這是國際上90年代發(fā)展起來(lái)的一項新技術(shù)。意大利的Zocchi首次將超聲去脂用于床,并獲得成功,為整形、美容開(kāi)創(chuàng )了先河。超聲去脂技術(shù)在國內外得以迅速發(fā)展。

超聲波育種
對植物種子進(jìn)行適當頻率和強度的超聲波照射,可提高種子的發(fā)芽率,降低霉爛率,促進(jìn)種子的生長(cháng),提高植物生長(cháng)速度。據資料介紹,超聲波可使某些植物種子生長(cháng)速度提高2～3倍。

電子血壓計
利用接收血管的壓力,當氣囊加壓緊壓血管時(shí),因外加壓力高于血管舒張壓力,感受不到血管的壓力;而當氣囊逐漸泄氣,對血管的壓力隨之減小到某一數值時(shí),二者的壓力達到平衡,此時(shí)就能感受到血管的壓力,該壓力即為心臟的收縮壓,通過(guò)放大器發(fā)出指示信號,給出血壓值。電子血壓計由于取消了聽(tīng)診器,可減輕醫務(wù)人員的勞動(dòng)強度。

遙測遙控
在有毒、放射性等惡劣環(huán)境中,人們不能接近工作,需要遠地控制;電視機,電風(fēng)扇以及電燈等電器開(kāi)關(guān)需要遙控,都可裝上,通過(guò)遠地發(fā)射超聲波由裝在需要控系統上的接收換能器所接收,把聲信號轉變成電信號使開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

交通監測
現代交通,自動(dòng)監測車(chē)輛的通行和計數以便掌握車(chē)輛的運行情況是非常必要的。如交通監理站安裝一個(gè)收發(fā)兼用的及其附屬設備,當車(chē)輛通過(guò)時(shí)就有一個(gè)聲脈沖返回,通過(guò)計數累計可得到日行車(chē)輛的數量。給汽車(chē)尾部裝一個(gè)收發(fā)兩用的換能器,可防止倒車(chē)相撞事故發(fā)生。在公路上安裝接收型壓電還可以監測噪聲指數。

測距
超聲波測距裝置又叫聲尺。它是通過(guò)收發(fā)兩用的換能器,測量脈沖時(shí)間間隔。聲尺可測10m以?xún)鹊木嚯x,精度可達千分之幾。

檢漏及氣體檢測
對于壓力系統,在泄漏處,由于壓力容器的內外壓差造成射流噪聲。這種噪聲頻譜極寬。對于非壓力系統,可在密閉系統內安放一個(gè)超聲波源,然后從密閉系統外部接收。一般未泄漏時(shí)測到的信號幅度極小或沒(méi)有,在泄漏處信號幅度有突然增大的趨勢。氣體流量檢測也是化工中的重要手段之一。流量檢測目前有多種放大，如浮子流量計等。但利用主要優(yōu)點(diǎn)是不妨礙流體的流動(dòng)。

信息采集
智能機器人要實(shí)現在空間自由行走、辨認物體等功能,不僅要用測距導盲,而且要成像辨識。所以,需要小型的超聲波換能器陣,以實(shí)現多種功能,這方面將成為一項重要的研究課題,吸引著(zhù)眾多的科學(xué)家為之奮斗。