压电陶瓷换能器的工作原理是什么，压电陶瓷换能器的工作原理

很多朋友对压电陶瓷换能器的工作原理是什么，压电陶瓷换能器的工作原理不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

压电陶瓷换能器概述压电陶瓷换能器由压电陶瓷片和轻重金属组成，在一定温度下极化处理后具有压电效应。压电陶瓷超声换能器进入人们的研究视野由来已久。它具有制造方便、可控性强、灵敏度高、机电耦合好等优点。基于压电陶瓷开发的换能器包括功率超声换能器和检测超声换能器。

超声波技术是一种应用广泛的无损检测技术，它以声学理论为基础，在电子、通信、医学、生物和物理等领域不断得到应用。在现代检测技术中，利用超声波技术研制的传感器因其高灵敏度和高精度而越来越受到人们的关注。

检测过程中常用的换能器有压电换能器、磁致伸缩换能器、电磁声换能器和激光换能器。最常用的是压电换能器，其核心部件是压电晶片。压电晶片在压力作用下会发生形变，导致晶片本身极化，晶片表面产生正负束缚电荷。这种效应就是压电效应。而且压电效应是可逆的，即施加电压后晶片会变形。

在检测过程中，可以利用超声波探头的逆压电效应产生超声波，利用压电效应达到接收超声波的目的。压电陶瓷超声换能器进入人们的研究视野由来已久。它具有制造方便、可控性强、灵敏度高、机电耦合好等优点。基于压电陶瓷开发的换能器包括功率超声换能器和检测超声换能器。

压电陶瓷换能器的工作原理压电陶瓷换能器的原理是，当对陶瓷片施加压力或拉力时，陶瓷片两端会产生极性相反的电荷，通过电路产生电流。这种效应被称为压电效应。如果将这种压电陶瓷制成的换能器放入水中，在声波的作用下，换能器两端会感应出电荷，这就是声波接收器。此外，压电效应是可逆的。

如果对压电陶瓷片施加交变电场，陶瓷片会不时变薄变厚，同时会振动并发出声波。从而解决了超声波发射器的问题。

压电陶瓷换能器有两种材料：磁致伸缩金属和压电陶瓷。本文的目的是设计一种用于大功率机械超声加工的换能器，因此只讨论压电陶瓷换能器。压电陶瓷换能器作为一种能量传输网络，存在能量转换效率的问题。转换效率与换能器材料的选择、振动形式、机械振动系统(包括支撑机构)的结构和工作频率有关。

因此，在超声换能器的设计中，要考虑声阻抗、频率响应、阻抗匹配、声学结构、振动模式、转换材料等各种因素，以及如何设计和协调这些因素，以达到最佳的电声转换。

压电陶瓷换能器是一种具有压电特性的电子陶瓷材料。压电陶瓷换能器与典型的不含铁成分的压电应时晶体的主要区别在于其主要成分是铁电晶粒。因为陶瓷是具有随机取向晶粒的多晶聚集体，所以每个铁电晶粒的自发极化矢量也是无序的。

为了使陶瓷表现出宏观的压电特性，烧制后的压电陶瓷必须在强DC电场中极化，端面受到多个电极的作用，使原来无序取向的极化矢量优先取向于电场方向。电场消除后，极化的压电陶瓷会保持一定的宏观残余极化强度，从而使陶瓷具有一定的压力。

压电陶瓷换能器的应用由于超声技术非接触的优点，我们尝试将压电陶瓷超声换能器应用于液体浓度检测系统。系统芯片采用斯巴达3E系列FPGA。压电陶瓷换能器在发射和接收信号方面起着重要的作用。换能器产生的具有一定频率和幅度的超声波信号通过发射电路被泵入液体中，信号被液体衰减后，可以从接收换能器接收到带有液体浓度信息的信号。

然后通过声衰减法的分析，可以有效地得到液体的近似浓度。系统的软件设计包括主程序、超声波测量程序、脉冲控制程序、脉冲收发程序、ADC采集控制程序和时钟报警程序。

在实验中，可以先测量静止的液体，用超声波衰减法分析接收器采集的信号，结合信号传播路径(管径)得到浓度信息。然后动态测量动态液体，信号传播路径要考虑液体的流速，计算近似路径。

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