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介绍超声波换能器的分类

发布时间:2022-12-12      点击次数:132
   超声波换能器是一种能把高频电能转化为机械能的一种装置,一般有磁致伸缩式和压电陶瓷式.电源输出到超声波发生器,再到超声波换能器,一般还要经过超声波导出装置就可以产生超声波了.
  超声波换能器的结构主要有外壳、声窗(匹配层)、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出电缆、接收器等几大部分组成。其中,压电陶瓷圆盘换能器具有大多数换能器相同的作用,主要用于发射并接收超声波;超声波接收器在压电陶瓷圆盘换能器的上面,主要由引出电缆、换能器、金属圆环和橡胶垫圈组成,接收压电陶瓷圆盘换能器频带外产生的多普勒回拨信号。
  超声波换能器分类:
  1、柱型
  2、倒喇叭型
  3、钢后盖型
  4、中间夹铝片型
  主要适用于超声波塑料焊接机、超声波切割刀、超声波金属焊接机,,超声波声化学设备等。
  超声波换能器在合适的电场激励下能发生有规律的振动,其振幅一般10μm左右,这样的振幅要直接完成焊接和加工工序是不够的。连上通过合理设计的变幅杆后,超声波的振幅可以在很大的范围内变化,只要材料强度足够,振幅可以超过100μm。
  因加工方式和要求不同,换能器的工作方式大致可分为连续工作(如花边机,CD机,清洗机,拉链机)和脉冲工作(如塑料焊机),不同的工作方式对换能器的要求是不同的。一般而言,连续式工作几乎没有停顿时间,但工作电流不是很大,脉冲工作是间歇的,有停顿,但瞬间电流很大。平均而言,二种状态的功率都是很大的。
  使用超声波换能器最主要考虑的问题就是与输入输出端的匹配,其次是机械安装和配合尺寸。换能器的频率相对而言还比较直观些。该频率是指用频率(函数)发生器,毫伏表,示波器等通过传输线路法测得的频率,或用网络阻抗分析仪等类似仪表测得的频率。一般通称小信号频率。与它相对应的是上机频率,即客户将换能器通过电缆连到机箱上,通电后空载或有载时测得的实际工作频率。因客户匹配电路各不相同,同样的换能器在不同的驱动电源(电箱)表现出来的频率是不同的,这样的频率不能作为交流讨论的依据。
  让换能器和驱动电源、模具良好配合以形成一台完整的超声波设备可以简称为匹配。由于匹配对整机性能的影响是决定性的,无论怎样强调匹配的重要性都不为过。匹配最主要考虑的因素是换能器的电容量,其次是换能器的频率。
  换能器与驱动电源的匹配主要有4个方面,即阻抗匹配、频率匹配、功率匹配、容抗匹配。其中最主要的是容抗和频率。如前所述因为陶瓷片是绝缘体,你几乎可以理解为换能器是不通电的,它只是相当于一个电容器。要使换能器工作,实际上是通过驱动电路对它施加交流高电压,让换能器的电容充放电。压电陶瓷片在交变电场的作用下做同步伸缩变形,形成了整个换能器的纵向振动,从而带动变幅杆和模具振动。所以,若电容匹配不好,轻者是换能器无力,焊不牢;重者换能器发热严重,烧电极片、烧电源的大功率管。我们的换能器产品附有产品性能参数表,给出了每个换能器的电容和频率。驱动电源应该根据换能器的电容量,调整高压变压器,匹配电容板,峰化线圈,调频线圈等的参数。由于电感和电容量的敏感性,功放板,扼流线圈及其他外围电路对匹配也有影响。而且随着工作进行,换能器的温度会升高,导致电容也会升高且变化量可能会超过50%,若不能将电容有效地匹配掉,就会造成回路中电流电压相位差很大,功率因素很低,虚功高。看看电流很大,但换能器没力,易发热,且电源的功率器件也容易发热损坏。一般换能器电极片(耳朵)振裂或烧掉很可能就是由此引起的。
  频率匹配同样也非常重要。这首先是因为超声换能器只能工作在他的谐振频率点,所以驱动电源、变幅杆、模具(工具头)都应该在这个频率下工作。一般而言,这个差别最大不超过±0.1kHz,能小一点就更好。我们强烈建议配套模具(焊头)的频率低于振动子频率0.1kHz左右(小信号频率)。也就是说,若原振动子小信号测量的频率是14.85 kHZ,则连上模具后再测频率为14.75 kHZ最为理想。同时就应考虑到,超声波换能器接上变幅杆和模具头后,系统的谐振频率峰会变得很尖锐,也即带宽很窄,机械品质因数很大,频率偏移一点都会造成阻抗很大的增加。表现在驱动电源上就是电源(振幅表电功率)很大或过载保护。若刚好这时是空载调机,则很可能会造成晶片错位,晶片裂或中心螺杆断。
  功率匹配和阻抗匹配主要是考虑到超声波焊接系统是间隙式工作,负载变化极大,焊接时要有足够的功率输出,空载时要控制在最小振幅。否则,就像前面提到的,空载时输入很大,则损坏换能器。满载时功率上不去,没有效果。
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