由于超聲技術(shù)的非接觸性等優(yōu)點(diǎn)，嘗試把壓電陶瓷換能器應(yīng)用在液體濃度檢測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中。系統(tǒng)中的芯片采用的是Spartan 3E系列FPGA。壓電陶瓷換能器在其中擔(dān)當(dāng)著發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)的重要功能。把換能器產(chǎn)生的一定頻率和幅值的超聲信號(hào)，通過發(fā)射電路打入液體內(nèi)部。

經(jīng)過液體對(duì)信號(hào)的衰減，從接收換能器端可以接收到帶有液體濃度信息的信號(hào)。再通過聲衰減法的分析，有效得出液體的近似濃度。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括主程序，超聲測(cè)量程序，脈沖控制程序，脈沖收發(fā)程序，ADC采集控制程序以及時(shí)鐘和報(bào)警程序。

實(shí)驗(yàn)中可以先對(duì)靜態(tài)液體進(jìn)行測(cè)量，利用超聲衰減法，分析接收端收集的信號(hào)，進(jìn)行包絡(luò)等處理，結(jié)合信號(hào)傳播路徑（管道直徑）得出濃度信息。再對(duì)動(dòng)態(tài)液體進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，信號(hào)傳播路徑要考慮到液體的流速，計(jì)算出大致路徑。

壓電陶瓷換能器有兩種材料：磁致伸縮金屬和壓電陶瓷。本文的目的是設(shè)計(jì)用于大功率機(jī)械超聲加工的換能器，因此只討論壓電陶瓷換能器。壓電陶瓷換能器作為一種能量傳輸網(wǎng)絡(luò)，存在能量轉(zhuǎn)換效率問題。轉(zhuǎn)換效率與換能器材料、振動(dòng)形式、機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)（包括支撐機(jī)構(gòu)）的結(jié)構(gòu)以及工作頻率的選擇有關(guān)。

因此在超聲換能器的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該考慮各種因素，如聲阻抗、頻率響應(yīng)、阻抗匹配、聲學(xué)結(jié)構(gòu)、振動(dòng)模式和轉(zhuǎn)換材料，以及如何設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)這些因素，以使電聲轉(zhuǎn)換達(dá)到期待值。壓電陶瓷換能器是一種具有壓電特性的電子陶瓷材料，與不含鐵電成分的典型壓電石英晶體的主要區(qū)別在于，構(gòu)成其主要成分的晶相都是鐵電晶粒。

因?yàn)樘沾墒蔷哂须S機(jī)取向晶粒的多晶聚集體，所以每個(gè)鐵電晶粒的自發(fā)極化矢量也是迷失方向的。 為了使陶瓷表現(xiàn)出宏觀壓電特性，壓電陶瓷必須在燒制后在強(qiáng)直流電場(chǎng)中極化，端面經(jīng)受多個(gè)電極，從而原始無序取向的極化矢量優(yōu)先取向于電場(chǎng)方向，電場(chǎng)消除后，極化處理后的壓電陶瓷將保持一定的宏觀殘余極化強(qiáng)度，從而使陶瓷具有一定的壓力。