上海定制大功率水聲發(fā)射換能器廠家
發(fā)布時間：2024-10-19 01:04:59
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超聲波測井換能器（超聲探頭）的工作原理大體是相同的，其內(nèi)部一般都包含一個電的儲能元件和一個機械振蕩體系。當(dāng)換能器用作發(fā)射器時，從激勵電源送來的電振蕩信號將引起換能器中電儲能元件中電場或磁場的改變，這種改變經(jīng)過某種效應(yīng)對換能器的機械振蕩體系發(fā)生一個推進力，使其進入振蕩狀態(tài)，從而推進與換能器機械振蕩體系相觸摸的介質(zhì)發(fā)生振蕩，向介質(zhì)中輻射聲波。接收聲波的過程正好與此相反，外來聲波作用在換能器的振蕩面上，從而使換能器的機械振蕩體系發(fā)生振蕩，憑借某種物理效應(yīng)，引起換能器儲能元件中的電場或磁場發(fā)生相應(yīng)的改變，從而引起換能器的電輸出端發(fā)生一個相應(yīng)于聲信號的電壓和電流。
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壓電陶瓷是一種具有壓電效應(yīng)的多晶體。因生產(chǎn)工藝和陶瓷相近而得名。壓電陶瓷基本都是鐵電體：當(dāng)溫度低于居里溫度Tc時，晶體中晶胞的離子發(fā)生位移，造成正負電荷中心不重合，進而產(chǎn)生固有電偶極矩；相鄰晶胞產(chǎn)生同樣的連鎖反應(yīng)，擴展成為鐵電體的基本單元——電疇。壓電陶瓷的壓電效應(yīng)機理與石英晶體大不相同，未經(jīng)極化處理的壓電陶瓷材料是不會產(chǎn)生壓電效應(yīng)的。經(jīng)極化處理后，剩余極化強度會使與極化方向垂直的兩端出現(xiàn)束縛電荷（一端為正，另一端為負），由于這些束縛電荷的作用在陶瓷的兩個表面吸附一層來自外界的自由電荷，并使整個壓電陶瓷片呈電中性。
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壓電陶瓷按照組元分類：1. 單元系壓電陶瓷材料：鈦酸鋇陶瓷、鈦酸鉛陶瓷；2. 二元系壓電陶瓷材料：鋯鈦酸鉛陶瓷通常簡稱為PZT陶瓷，這種壓電陶瓷目前受到廣泛應(yīng)用；3. 三元系壓電陶瓷材料，通常是在具有鈣鈦礦性結(jié)構(gòu)的鋯鈦酸鉛{PbZrO3-PbTiO3}中二元系再增加第三種{化學(xué)通式為ABO3型}化合物而形成的三元系固溶體。所增加的第三種成分，它們的共同特點是在摻入PbZrO3-PbTiO3之中形成固溶體后不改變整個晶格的鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)。4. 多元系壓電陶瓷材料。按照特定應(yīng)用情況分類：用于電力轉(zhuǎn)換器的材料（超聲波應(yīng)用）；用于傳感器的材料（超聲波發(fā)射器和接收器）；用于啟動器的材料（定位或注射系統(tǒng)）；用于特殊應(yīng)用的材料。
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壓電陶瓷換能器通過發(fā)射出的超聲波，會產(chǎn)生上下振動。超聲波上下發(fā)射出去的，就叫做縱波。超聲波發(fā)射面在上下振動的時候，超聲波左右發(fā)射出去時，就叫做橫波。的工作原理，壓電陶瓷換能器主要由壓電陶瓷，振子，匹配層等結(jié)構(gòu)組成。由材料的壓電效應(yīng)將電信號轉(zhuǎn)換為機械振動，超聲波換能器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，的功能是將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成機械功率（即超聲波）再傳遞出去，自身消耗很少的一部分功率。另外由于單個換能器承受功率有限，通常采用多個換能器組合而成，來達到功率要求，稱之為換能器功率合成。
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壓電圓環(huán)換能器有空氣背襯或溢流式兩種結(jié)構(gòu)。換能器兩邊加端蓋，內(nèi)部形成空氣腔，然后水密封裝，就是空氣背襯結(jié)構(gòu)；兩端不加蓋，只把壓電圓環(huán)水密，讓流體自由進出圓環(huán)內(nèi)部，這種結(jié)構(gòu)稱為溢流圓環(huán)換能器。溢流圓環(huán)換能器由于兩端開口，內(nèi)外壓力平衡，理論上可以工作在任何深度，適用于深水、變深工作的要求。溢流圓環(huán)在水下工作時除了換能器本身的徑向振動外，還帶動腔體內(nèi)的液體振動。利用液腔振動模態(tài)和圓環(huán)徑向振動模態(tài)的振動耦合，可得到較寬的工作頻帶。
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壓電陶瓷的壓電效應(yīng)是指某些介質(zhì)在力的作用下，產(chǎn)生形變，引起介質(zhì)表面帶電，這是正壓電效應(yīng)。反之，施加激勵電場，介質(zhì)將產(chǎn)生機械變形，稱逆壓電效應(yīng)。并非所有的陶瓷都具有壓電效應(yīng)。作為壓電陶瓷的原材料，在晶體結(jié)構(gòu)上一定是不具有對稱中心的晶體，如氧化鉛、氧化鋯、氧化鈦、碳酸鋇、氧化鈮、氧化鎂、氧化鋅等。在32種點群的晶體中，只有20種非中心對稱點群的晶體才有壓電效應(yīng)。將這些原材料在高溫下致密燒結(jié)，制成陶瓷，并將制好的陶瓷在直流高壓電場下進行極化處理，才能成為壓電陶瓷。常用的壓電陶瓷有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛以及三元系壓電陶瓷等。