超聲波換能器結構及特性

超聲波換能器是構成超聲波振動子的基本元件，主要用來將電能轉換成機械能（振動）的電動機，超聲波換能器結構圖如下：

換能器的孔徑，叉指寬度，間距，是換能器的重要幾何參數。這些參數不僅表征了叉指換能器的結構特征，而且對換能器的電學和頻率特性也有著重要影響，所以是設計各種頻率超聲波振動子的重要參數。對于壓電陶瓷寬度a、指間距p和孔徑w都為常數，且金屬化率η一0.5的IDT，稱為均勻換能器(uniform transducer)，而幾何參數a、p或w隨坐標變化的換能器則稱為加權換能器(weighting transducer)。均勻換能器是最基本、最簡單的IDT。

超聲波換能器通常根據運轉頻率和功率分級，典型超聲波換能器在20kHz下可以輸出20～25tcmpp的振幅，一般由壓電體或磁力控制部件完成。大多數工業超聲波焊接設備采用壓電式換能器，因為其在共振下運轉更有效。

在壓電式系統中，通常采用較高電壓驅動轉換器，而較高電流驅動磁力控制轉換器。需要注意的是，轉換器的頻率決定了其功率大小。因為為了保證較高的效率(+90%)，轉換器通常設計在特定頻率下共振，并且其長度為波長的一半，所以轉換器的長度是固定的。

這樣就限制了轉換器的實際尺寸，反過來限制了其表面積和轉換器可能輸出的熱盈。因此，轉換器的內部損耗會產生熱積累，引起調諧和應力問題。所以隨著頻率的增大，轉換器長度減小，從而減小了熱擴散有效表面積，限制了轉換器的可能連續功率大小。

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