第1页，共20页，星期日，2025年，2月5日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第2页，共20页，星期日，2025年，2月5日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、成像等第3页，共20页，星期日，2025年，2月5日超声水压水雷超声切割超声探测第4页，共20页，星期日，2025年，2月5日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第5页，共20页，星期日，2025年，2月5日声-电信号转换（压电变压器、声纳系统）超声波（超声清洗、探测）动力源（压电马达）压电器件逆逆第6页，共20页，星期日，2025年，2月5日电声信号压电方程电声转换模型压电方程第7页，共20页，星期日，2025年，2月5日主要压电换能器材料压电换能器材料单晶陶瓷1、石英晶体2、铌酸锂3、罗谢尔盐4、磷酸二氢钾1、钛酸钡陶瓷2、镐钛酸铅陶瓷3、偏铌酸铅陶瓷4、铌酸钾钠陶瓷5、钛酸铅陶瓷第8页，共20页，星期日，2025年，2月5日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第9页，共20页，星期日，2025年，2月5日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。第10页，共20页，星期日，2025年，2月5日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第11页，共20页，星期日，2025年，2月5日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。直流电动机原理图第12页，共20页，星期日，2025年，2月5日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。佳能超声换能马达相机第13页，共20页，星期日，2025年，2月5日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。压电陶瓷变压器原理图第14页，共20页，星期日，2025年，2月5日