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)。超聲波馬達體積小, 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。超聲波馬達廣泛應用于光學(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

超聲波清洗的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。超聲波清洗機所用的頻率根據清洗物的大小和目的可選用10～500 kHz, 一般多為20～50 kHz。隨著(zhù)超聲波換能器頻率的增加,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。超聲波清洗在各種工業(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

把微細磨料隨超聲波加工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～ 40 kHz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超聲波換能器振動(dòng)時(shí), 也可起到提高精度和效率的作用。

 

超聲波減肥

利用超聲波換能器的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Zocch i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

利用超聲波換能器接收血管的壓力, 當氣囊加壓緊壓血管時(shí), 因外加壓力高于血管舒張壓力, 超聲波換能器感受不到血管的壓力; 而當氣囊逐漸泄氣, 超聲波換能器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)超聲波換能器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, 都可裝上超聲波換能器, 通過(guò)遠地發(fā)射超聲波由裝在需要控制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)兼用的超聲波換能器及其附屬設備, 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超聲波換能器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。但利用超聲波換能器主要優(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, 不僅要用超聲波換能器測距導盲, 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。

 

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