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超聲波振動(dòng)子
超聲波振動(dòng)子又稱超聲波振子,將換能器與變幅桿連接后的整體叫做振動(dòng)子。由壓電陶瓷的壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能(聲波振動(dòng))的相互轉(zhuǎn)換,并通過(guò)聲阻抗匹配的前后輻射蓋塊進(jìn)行放大的器件。 [1] 由于變幅桿是一個(gè)無(wú)源器件,它本身不產(chǎn)生振動(dòng),只是將輸入的振動(dòng)改變振幅后再傳遞出去,完成了阻抗變換。超聲波換能器在電場(chǎng)激勵(lì)下能產(chǎn)生有規(guī)律的振動(dòng),但是振幅一般在10μm左右,這樣的振幅要直接完成焊接和加工工序是不夠的。因此換能器連接合理設(shè)計(jì)的變幅桿后,超聲波的振幅可以在很大的范圍內(nèi)變化,只要材料強(qiáng)度足夠,振幅可以超過(guò)100μm。變幅桿在做縱向伸縮振動(dòng)時(shí),其中間的某橫截面左右兩邊的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向剛好相反,相當(dāng)于存在一個(gè)相對(duì)靜止的節(jié)面。這個(gè)節(jié)面叫做節(jié)點(diǎn),這里也是振動(dòng)子的較佳固定點(diǎn),偏離這個(gè)節(jié)點(diǎn)固定就會(huì)降低振動(dòng)子的工作效率,俗稱漏波。
超聲波換能器的應(yīng)用
超聲波馬達(dá)
超聲波馬達(dá)是把定子作為換能器, 利用壓電晶體的逆壓電效應(yīng)讓馬達(dá)定子處于超聲波頻率的振動(dòng), 然后靠定子和轉(zhuǎn)子間的摩擦力來(lái)傳遞能量, 帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。超聲波馬達(dá)體積小, 力矩大, 分辨率高, 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 直接驅(qū)動(dòng), 無(wú)制動(dòng)機(jī)構(gòu), 無(wú)軸承機(jī)構(gòu), 這些優(yōu)點(diǎn)有益于裝置的小型化。超聲波馬達(dá)廣泛應(yīng)用于光學(xué)儀器、激光、半導(dǎo)體微電子工藝、精密機(jī)械與儀器、機(jī)器人、醫(yī)學(xué)與生物工程領(lǐng)域。
超聲波清洗
超聲波清洗的機(jī)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(yīng), 對(duì)清洗件上的污物產(chǎn)生的機(jī)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(yīng), 達(dá)到清洗物件的目的。超聲波清洗機(jī)所用的頻率根據(jù)清洗物的大小和目的可選用10~500 kHz, 一般多為20~50 kHz。隨著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(nóng)業(yè)、家用設(shè)備、電子、汽車(chē)、橡膠、印刷、飛機(jī)、食品、醫(yī)院和醫(yī)學(xué)研究等行業(yè)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
超聲波換能器自清潔功能的意義
超聲波換能器是為清洗機(jī)和超聲波振動(dòng)篩提供超聲振動(dòng)波的主要配件之一,由于超聲波振動(dòng)篩所篩分物料的特性,往往會(huì)在使用一段時(shí)間超聲波換能器與篩框連接部存在殘留物料。如不及時(shí)清理就會(huì)影響換能器的工作于篩分精度。
超聲波換能器實(shí)現(xiàn)自清洗功能的原理是增加一個(gè)氣動(dòng)裝置,該裝置的主要目的是在超聲波振動(dòng)篩運(yùn)行過(guò)程中氣動(dòng)裝置同時(shí)啟動(dòng),氣動(dòng)裝置與換能器一個(gè)水平面上對(duì)準(zhǔn)換能器周邊進(jìn)行l氣動(dòng)清潔(要求氣量適中,氣體中不含水,氣動(dòng)探頭小巧)。
超聲波換能器自清潔功能的優(yōu)勢(shì)在于可隨篩機(jī)運(yùn)行自行開(kāi)啟,不影響篩分物料特性與沒(méi)有二次污染,氣量適中,不影響物料下料速度,確保生產(chǎn)產(chǎn)量。氣動(dòng)自清潔系統(tǒng)是司新研發(fā)的一套清潔裝置,不僅可用于超聲波振動(dòng)篩,也可用于其他圓形振動(dòng)篩分設(shè)備。
超聲波換能器指向性因素特性介紹
一般情況下,要求所使用的超聲波換能器有尖銳的指向性,就象使用聚光手電筒照明,這樣有利于集中發(fā)射能量,在接收時(shí)能獲得較高的信噪比,也有利于對(duì)檢測(cè)目標(biāo)的定位評(píng)定。超聲波換能器的指向性與其輻射面尺寸、結(jié)構(gòu)、工作頻率和傳聲介質(zhì)特性等相關(guān),通??捎弥赶蛐砸蛩貋?lái)反映超聲波換能器的指向性:
對(duì)于發(fā)射超聲波換能器,所謂指向性因素是指在發(fā)射聲束的主軸線聲壓上,遠(yuǎn)離發(fā)射超聲波換能器的某一定點(diǎn)處某頻率的均方聲壓與通過(guò)該點(diǎn)和換能器同心的球面上某點(diǎn)同一頻率的均方聲壓之比。對(duì)于接收超聲波換能器,則是指沿?fù)Q能器主軸線傳來(lái)某頻率聲波所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)平方值與頻率相同、方均根聲壓相同的擴(kuò)散聲場(chǎng)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)平方值之比。
超聲波換能器指向性因素也可以用分貝(dB)表示,這是稱為指向性指數(shù),它等于指向性因素的常用對(duì)數(shù)乘10。對(duì)于發(fā)射換能器,指向性指數(shù)也可稱作指向性增益。