超声波换能器结构及特性

超声波换能器是构成超声波振动子的基本元件，主要用来将电能转换成机械能（振动）的电动机，超声波换能器结构图如下：

换能器的孔径，叉指宽度，间距，是换能器的重要几何参数。这些参数不仅表征了叉指换能器的结构特征，而且对换能器的电学和频率特性也有着重要影响，所以是设计各种频率超声波振动子的重要参数。对于压电陶瓷宽度a、指间距p和孔径w都为常数，且金属化率η一0.5的IDT，称为均匀换能器(uniform transducer)，而几何参数a、p或w随坐标变化的换能器则称为加权换能器(weighting transducer)。均匀换能器是最基本、最简单的IDT。

超声波换能器通常根据运转频率和功率分级，典型超声波换能器在20kHz下可以输出20～25tcmpp的振幅，一般由压电体或磁力控制部件完成。大多数工业超声波焊接设备采用压电式换能器，因为其在共振下运转更有效。

在压电式系统中，通常采用较高电压驱动转换器，而较高电流驱动磁力控制转换器。需要注意的是，转换器的频率决定了其功率大小。因为为了保证较高的效率(+90%)，转换器通常设计在特定频率下共振，并且其长度为波长的一半，所以转换器的长度是固定的。

这样就限制了转换器的实际尺寸，反过来限制了其表面积和转换器可能输出的热盈。因此，转换器的内部损耗会产生热积累，引起调谐和应力问题。所以随着频率的增大，转换器长度减小，从而减小了热扩散有效表面积，限制了转换器的可能连续功率大小。

文章由：超声波换能器 / 星空平台