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超聲波換能器是一種能將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動(dòng)能量或者將機(jī)械振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能的裝置。其工作原理基于諧振頻率和壓電效應(yīng)。下面是對超聲波換能器的工作原理的詳細(xì)介紹。
超聲波換能器通常由一個(gè)壓電陶瓷材料和兩個(gè)電極組成。這個(gè)壓電陶瓷材料是一個(gè)特殊的材料，具有壓電效應(yīng)，也就是在外加電場下會(huì)產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)變，反過來，當(dāng)對它施加機(jī)械應(yīng)變時(shí)也會(huì)產(chǎn)生電荷。
當(dāng)交變電壓施加在超聲波換能器的電極上時(shí)，電壓施加到壓電陶瓷材料上，其中一個(gè)電極上的電壓是正的，另一個(gè)電極上的電壓是負(fù)的。因?yàn)殡姌O上的電壓是交變的，所以壓電陶瓷材料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力和應(yīng)變。這種應(yīng)力和應(yīng)變會(huì)導(dǎo)致陶瓷材料發(fā)生形變，即機(jī)械振動(dòng)。
當(dāng)外加電場改變方向時(shí)，振動(dòng)方向也會(huì)改變。這種振動(dòng)的頻率與外加電壓的頻率相同。當(dāng)超聲波換能器的諧振頻率與外加電壓的頻率相匹配時(shí)，振動(dòng)幅度將達(dá)到較大值。因此，諧振頻率是超聲波換能器的重要參數(shù)。
當(dāng)超聲波換能器的一側(cè)暴露在液體或固體介質(zhì)中時(shí)，振動(dòng)被傳遞到介質(zhì)中，形成一種被稱為超聲波的波動(dòng)。這是因?yàn)檎駝?dòng)引起介質(zhì)分子的相對位移，這種相對位移以波動(dòng)形式傳播。
當(dāng)外加電壓停止時(shí)，超聲波換能器產(chǎn)生的振動(dòng)也會(huì)停止。此時(shí)，如果超聲波換能器暴露在液體或固體介質(zhì)中，介質(zhì)中的超聲波也會(huì)被傳遞回超聲波換能器。超聲波將會(huì)引起超聲波換能器內(nèi)部的機(jī)械應(yīng)變，產(chǎn)生電荷。這個(gè)電荷可以通過電極輸出，并被測量和記錄。
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