超聲波換能器的應(yīng)用十分廣泛,它按應(yīng)用的行業(yè)分為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、生活、醫(yī)療及軍事等。按實現(xiàn)的功能分為超聲波加工、超聲波清洗、超聲波探測、檢測、監(jiān)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(yīng)來實現(xiàn)電壓輸出的。其輸入部分用正弦電壓信號驅(qū)動,通過逆壓電效應(yīng)使其產(chǎn)生振動,振動波通過輸入和輸出部分的機械耦合到輸出部分,輸出部分再通過正壓電效應(yīng)產(chǎn)生電荷,實現(xiàn)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,無電磁干擾和電磁噪聲,且結(jié)構(gòu)簡單、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。此類變壓器用于開關(guān)轉(zhuǎn)換器、筆記本電腦、氖燈驅(qū)動器等。

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(yīng)讓馬達定子處于超聲波頻率的振動,然后靠定子和轉(zhuǎn)子間的摩擦力來傳遞能量,帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。超聲波馬達體積小,力矩大,分辨率高,結(jié)構(gòu)簡單,直接驅(qū)動,無制動機構(gòu),無軸承機構(gòu),這些優(yōu)點有益于裝置的小型化。超聲波馬達廣泛應(yīng)用于光學(xué)儀器、激光、半導(dǎo)體微電子工藝、精密機械與儀器、機器人、醫(yī)學(xué)與生物工程領(lǐng)域。

超聲波清洗

超聲波清洗的機理是利用超聲波在清洗液中傳播時的空化、輻射壓、聲流等物理效應(yīng),對清洗件上的污物產(chǎn)生的機械起剝落作用,同時能促進清洗液與污物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),達到清洗物件的目的。超聲波清洗機所用的頻率根據(jù)清洗物的大小和目的可選用10～500kHz,一般多為20～50kHz。隨著超聲波換能器頻率的增加,可采用郎之萬振子、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和彎曲振動的。超聲波清洗在各種工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家用設(shè)備、電子、汽車、橡膠、印刷、飛機、食品、醫(yī)院和醫(yī)學(xué)研究等行業(yè)得到了越來越廣泛的應(yīng)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。其中超聲波塑料焊接技術(shù)已獲得較為普遍的應(yīng)用。它是利用換能器產(chǎn)生的超聲振動,通過上焊件把超聲振動能量傳送到焊區(qū)。由于焊區(qū)即兩焊件交界處聲阻大,所以會產(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法焊接的部位。另外,還節(jié)約了塑料制品昂貴的模具費,縮短了加工時間,提高了生產(chǎn)效率,有經(jīng)濟、快速和可靠等特點。

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。加工時換能器需在15～40kHz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(xù)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(yīng)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時,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(yīng)和微機械振動,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)展起來的一項新技術(shù)。意大利的Zocchi首次將超聲去脂用于床,并獲得成功,為整形、美容開創(chuàng)了先河。超聲去脂技術(shù)在國內(nèi)外得以迅速發(fā)展。

超聲波育種

對植物種子進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,促進種子的生長,提高植物生長速度。據(jù)資料介紹,超聲波可使某些植物種子生長速度提高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,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(shù)值時,二者的壓力達到平衡,此時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診器,可減輕醫(yī)務(wù)人員的勞動強度。

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關(guān)需要遙控,都可裝上超聲波換能器,通過遠地發(fā)射超聲波由裝在需要控系統(tǒng)上的接收換能器所接收,把聲信號轉(zhuǎn)變成電信號使開關(guān)動作。

交通監(jiān)測

現(xiàn)代交通,自動監(jiān)測車輛的通行和計數(shù)以便掌握車輛的運行情況是非常必要的。如交通監(jiān)理站安裝一個收發(fā)兼用的超聲波換能器及其附屬設(shè)備,當車輛通過時就有一個聲脈沖返回,通過計數(shù)累計可得到日行車輛的數(shù)量。給汽車尾部裝一個收發(fā)兩用的換能器,可防止倒車相撞事故發(fā)生。在公路上安裝接收型壓電超聲波換能器還可以監(jiān)測噪聲指數(shù)。

測距

超聲波測距裝置又叫聲尺。它是通過收發(fā)兩用的換能器,測量脈沖時間間隔。聲尺可測10m以內(nèi)的距離,精度可達千分之幾。

檢漏及氣體檢測

對于壓力系統(tǒng),在泄漏處,由于壓力容器的內(nèi)外壓差造成射流噪聲。這種噪聲頻譜極寬。對于非壓力系統(tǒng),可在密閉系統(tǒng)內(nèi)安放一個超聲波源,然后從密閉系統(tǒng)外部接收。一般未泄漏時測到的信號幅度極小或沒有,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)點是不妨礙流體的流動。

信息采集

智能機器人要實現(xiàn)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(dǎo)盲,而且要成像辨識。所以,需要小型的超聲波換能器陣,以實現(xiàn)多種功能,這方面將成為一項重要的研究課題,吸引著眾多的科學(xué)家為之奮斗。

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