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(yùn)輸、生活、醫(yī)療及軍事等;按實(shí)現(xiàn)的功能分為超聲波加工、超聲波清洗、超聲波探測(cè)、檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、遙測(cè)、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(cè)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(lái)實(shí)現(xiàn)電壓輸出的。其輸入部分用正弦電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng),通過(guò)逆壓電效應(yīng)使其產(chǎn)生振動(dòng), 振動(dòng)波通過(guò)輸入和輸出部分的機(jī)械耦合到輸出部分,輸出部分再通過(guò)正壓電效應(yīng)產(chǎn)生電荷,實(shí)現(xiàn)壓電體的電能-機(jī)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(wú)電磁干擾和電磁噪聲, 且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(diǎn)。此類(lèi)變壓器用于開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器、筆記本電腦、氖燈驅(qū)動(dòng)器等。
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(lèi)。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(dòng), 通過(guò)上焊件把超聲振動(dòng)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(huì)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(wú)法焊接的部位。另外, 還節(jié)約了塑料制品昂貴的模具費(fèi), 縮短了加工時(shí)間, 提高了生產(chǎn)效率, 有經(jīng)濟(jì)、快速和可靠等特點(diǎn)。
超聲波加工
把微細(xì)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(shí)換能器需在 15～40 kHz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(dāng)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(dá)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(xì)深孔的加工。此外, 在普通切削工具上加超聲波換能器振動(dòng)時(shí), 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(jī)械振動(dòng), 將人體表皮下多余的脂肪細(xì)胞破碎、乳化后排出體外, 達(dá)到減肥、塑形的目的。這是國(guó)際上90 年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。意大利的Zocch i首次將超聲去脂用于床, 并獲得成功, 為整形、美容開(kāi)創(chuàng)了先河。近10年來(lái)超聲去脂技術(shù)在國(guó)內(nèi)外得以迅速發(fā)展。
超聲波育種
對(duì)植物種子進(jìn)行適當(dāng)頻率和強(qiáng)度的超聲波照射, 可提高種子的發(fā)芽率, 降低霉?fàn)€率, 促進(jìn)種子的生長(zhǎng), 提高植物生長(zhǎng)速度。據(jù)資料介紹, 超聲波可使某些植物種子生長(zhǎng)速度提高2～3 倍。
電子血壓計(jì)
利用超聲波換能器接收血管的壓力, 當(dāng)氣囊加壓緊壓血管時(shí), 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(dāng)氣囊逐漸泄氣, 超聲波換能器對(duì)血管的壓力隨之減小到某一數(shù)值時(shí), 二者的壓力達(dá)到平衡, 此時(shí)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(guò)放大器發(fā)出指示信號(hào), 給出血壓值。電子血壓計(jì)由于取消了聽(tīng)診器, 可減輕醫(yī)務(wù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
超聲波遙控
在有毒、放射性等惡劣環(huán)境中, 人們不能接近工作, 需要遠(yuǎn)地控制; 電視機(jī), 電風(fēng)扇以及電燈等電器開(kāi)關(guān)需要遙控, 都可裝上超聲波換能器, 通過(guò)遠(yuǎn)地發(fā)射超聲波由裝在需要控制系統(tǒng)上的接收換能器所接收,把聲信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)使開(kāi)關(guān)動(dòng)作。
交通監(jiān)測(cè)
現(xiàn)代交通, 自動(dòng)監(jiān)測(cè)車(chē)輛的通行和計(jì)數(shù)以便掌握車(chē)輛的運(yùn)行情況是非常必要的。如交通監(jiān)理站安裝一個(gè)收發(fā)兼用的超聲波換能器及其附屬設(shè)備, 當(dāng)車(chē)輛通過(guò)時(shí)就有一個(gè)聲脈沖返回, 通過(guò)計(jì)數(shù)累計(jì)可得到日行車(chē)輛的數(shù)量。給汽車(chē)尾部裝一個(gè)收發(fā)兩用的換能器, 可防止倒車(chē)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(cè)噪聲指數(shù)。
超聲波測(cè)距
超聲波測(cè)距裝置又叫聲尺。它是通過(guò)收發(fā)兩用的換能器, 測(cè)量脈沖時(shí)間間隔。目前的聲尺可測(cè)10m 以內(nèi)的距離, 精度可達(dá)千分之幾。
檢漏及氣體流量檢測(cè)
對(duì)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(duì)于非壓力系統(tǒng), 可在密閉系統(tǒng)內(nèi)安放一個(gè)超聲波源, 然后從密閉系統(tǒng)外部接收。一般未泄漏時(shí)測(cè)到的信號(hào)幅度極小或沒(méi)有, 在泄漏處信號(hào)幅度有突然增大的趨勢(shì)。氣體流量檢測(cè)也是化工中的重要手段之一。流量檢測(cè)目前有多種放大，如浮子流量計(jì)等。但利用超聲波換能器主要優(yōu)點(diǎn)是不妨礙流體的流動(dòng)。
機(jī)器人成像信息采集
智能機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)在空間自由行走、辨認(rèn)物體等功能, 不僅要用超聲波換能器測(cè)距導(dǎo)盲, 而且要成像辨識(shí)。所以, 需要小型的超聲波換能器陣, 以實(shí)現(xiàn)多種功能, 這方面將成為一項(xiàng)重要的研究課題, 吸引著眾多的科學(xué)家為之奮斗。