超声波核心部件知识介绍课件

大功率超声波技术 1.11.1超声波的定义超声波的定义 n n 声音的频率范围是很宽的。但是一般只有在声音的频率范围是很宽的。但是一般只有在 2020000Hz2020000Hz范围内的声音才能引起人的听觉范围内的声音才能引起人的听觉, ,频频 率高于率高于20000Hz20000Hz的声波就叫超声波。的声波就叫超声波。 检测超声功率超声信息载体能量载体 金属探伤 水下定位 医学诊断 微电子 空化效应 机械效应 热效应 化学效应 超声波超声波 声化学 1.21.2换能器的定义换能器的定义 n超声波换能器是实现电能、机械能或声能从一种 形式的能量转换为另一种形式的能量的装置称为 换能器，也称有源传感器。其中最成熟可靠的是 以压电效应实现电能与声能相互转换的器件，称 为压电换能器。 60kHz 60kHz 声波大功率超声波频段非大功率频段 2.1 2.1 大功率超声波柱形换能器大功率超声波柱形换能器 2.22.2换能器特性换能器特性 n换能器是超声波设备的核心器件，其参数 特性决定了整个设备的性能。超声波换能 器，除了磁致伸缩结构以外就是常用的夹 心式换能器。这种夹心换能器在负荷变化 时产生稳定的超声波，是获得功率超声波 驱动源的最基本最主要的方法。 2.32.3换能器主要形式和应用换能器主要形式和应用 n根据不同的设计超声波换能器的形式主要有： n1.柱型（NTK型） 2.倒喇叭型（必能信型） 3.钢后盖型 4.中间夹铝片型 n主要适用于超声波塑料焊接机、超声波切割机 、超声波金属焊接机，超声波清洗机，超声波 声化学设备等。 2.42.4换能器组成换能器组成 n1.中央压电陶瓷元件 n2.前后金属盖板 n3.预应力螺杆 n4.电极片 n5.绝缘管 2.52.5换能器特点换能器特点 n效率高：机械品质因素高，在谐振频率点工作可 获得极高的电声转换效率; n振幅大：振速比高，前盖板振幅大，比普通换能 器出力大25%; n稳定性好：正常使用下，换能器寿命20000小时 以上; n耐热性好：谐振阻抗小、发热量小、使用温度范 围广。 2.62.6适用范围适用范围 n适用于日本、台湾等类型的超声波驱动电 源，可连续工作、间歇工作。适用于功率 超声的所有应用方式。 3.13.1超声波设备的安全性超声波设备的安全性(1)(1) n本设备对人体安全无辐射 超声波是一种机械波，由于超声波直接作用在液体中 ，超声波透过液体、容器壁、空气才能进入人体中，这些 界面的反射系数都大于90%，其进入人体的超声波总量极 小，小于医用B超的辐射强度。总所周知，B超是可以对胎 儿使用的，超声设备对人体是安全的。 超声波进入 液体的能量 为100 通过液体传 递到容器上 的能量约为 10 通过容器传 递到空气中 的能量约为1 从空气中进 入人体的能 量约为0.01 3.23.2超声波设备的安全性超声波设备的安全性(2)(2) n超声波与液体接触会产生一定程度的 噪声 由于超声波进入液体中会产生空化效应，导 致产生大量的噪声，您所听到的噪声不是超声波 ，其频率在1kHz左右，如果感觉噪声强度太大， 建议在设备使用时带上耳塞。 n驱动电源输出信号为高压 超声波驱动电源输入为高压信号，使用过程 中需控制环境温度、湿度及粉尘等，不可随意拆 卸设备，以防高压触电。 3.33.3换能器基础知识（一）换能器基础知识（一） n陶瓷片的颜色对使用性能有何影响？最常 用的颜色是什么？ n答：市场上主要使用三种颜色的晶片，分别是黄 、灰和黑色。 黄色和灰色一般用于脉冲式工作，其瞬间爆发率 较好；而黑色一般用于连续性工作，连续工作的 稳定性较好。 在使用上，建议您选择和之前使用颜色相同的换 能器，或根据您的使用情况，由我们向您推荐适 合的换能器。 3.33.3换能器基础知识（二）换能器基础知识（二） n换能器的频率跟尺寸有什么关系？ n答：频率越高长度越短，直径越大功率越 大。 3.33.3换能器基础知识换能器基础知识 n换能器的材料是什么？ n答：制作超声波换能器常用的三种材料：铝合金 、钢合金、钛合金。 3.33.3换能器基础知识换能器基础知识 n特殊需要的换能器，是否可以加工？ n答：可以定做加工。请将您的要求写下来，包括 产品用途、尺寸、功率、效果、使用的目的等， 通过传真发给我们，我们会针对您的需要仔细讨 论，然后给您回复。 3.33.3换能器基础知识换能器基础知识 n人体长期接触超声波，有什么危害？如何 避免危害？ n答：没有什么危害。首先超声波是一种机 械波，不是电磁波，不具有辐射污染，只 要不去触碰它，就不会有带来什么影响； 平时到医院所接触的彩超就是超声波，胎 儿都可以做彩超，可见超声波对人体没什 么影响。所以不必担心，正常使用即可。 3.43.4倒喇叭换能器倒喇叭换能器 n主要特点： n效率高：机械品质因素高，在谐振频率点工作可获得极高 的电声转换效率。 n振幅大：经电脑优化设计的结构，振速比高，前盖板振幅 大。 n功率大：在预应力螺杆的作用下，压电陶瓷的能量得到最 大程度的发挥。 n耐热性好：谐振阻抗小、发热量小、使用温度范围广。可 靠性高寿命长。 3.43.4倒喇叭换能器倒喇叭换能器 3.43.4倒喇叭换能器和柱形换能器的不一样倒喇叭换能器和柱形换能器的不一样 的特性的特性 n n 柱形换能器适和连续性工作柱形换能器适和连续性工作 n n 倒喇叭换能器的爆发性特别好，在瞬间的输出振倒喇叭换能器的爆发性特别好，在瞬间的输出振 幅上可以很大。幅上可以很大。 3.43.4超声波换能器的使用须知超声波换能器的使用须知 n1.试用效果不好怎么办？ n2.匹配概念和操作 n3.各部件装配的注意事项 n4.换能器使用温度 超声波核心部件知识介绍 杭州成功超声设备有限公司 演讲人：华大成 焊接夹心式压电换能器 l焊接：专用于超声 波塑料焊接机为主 的部件 l夹心：夹心式的结 构 l压电：核心部件为 压电陶瓷 l换能器：能量转换 的部件 换能器易做难精 l易做：结构简单，组成部件单一 l难精：组成部件精度要求高，装配工艺 复杂，一致性制作困难。 换能器发展简史 l经典声学与乐器 l声学与电学的结合产生了换能器 l压电效应的发现 l夹心式换能器的出现 l现代超声换能器 换能器分类与命名规则 换能器的声学基础知识 l基本概念： l超声波是声波的一种，换能器是一种基本 的声学元件。 l基本参数（三个）： l谐振频率：换能器的谐振频率 l动态电阻：换能器机电等效电阻 l自由电容：换能器机电等效电容 换能器的声学基础知识 l基本概念： l超声波是声波的一种，换能器是一种基本 的声学元件。 l基本参数（三个）： l谐振频率：换能器的谐振频率 l动态电阻：换能器机电等效电阻 l自由电容：换能器机电等效电容 换能器振动的性质和基本结构 l超声波本质就是一种振动 换能器部件的重要性 l换能部件： l压电陶瓷的特性对换能 器直接影响 l其他组件： l中心螺杆、螺帽、阀体 、阀盖、电极片 换能器的测量与分析方法 l测量需要专业设备 l小信号下基本参数的测量： l频率、电阻、电容等 l大功率下基本参数的测量： l功率、振幅 l问题来了 为什么没有行业或者国家标准？ 标准对于我们行业的意义？ 功率超声研究现状 功率超声换 能器的研究 兴起 上世纪 80年代 产品开始进 入工业化生 产阶段 上世纪 90年代 关注于改良 换能器性能 及各种振动 模态的上 本世纪 初 查阅过去十年功率超声发表文献我们发现： 压电式换能器的结构已经趋于统一，无明显变化。 功率超声应用方面的研究逐步增多。 企业在研究成果转化上发挥着越来越大的作用 国外标准现状 l国外较大规模的超声 波设备企业制定相关 标准，如BRANSON、 DUKAN、NTK、精电舍 、海尔曼等 l其细节的标准没有公 开，所公开的标准非 常宽泛和粗放。 目前市场认可的换能器标准 l客户根据自己特点对提出要求，但由于客 户水平参差不齐，换能器供应商非常被动 。 l就目前所知，就杭州成功超声制定了自己 的企业标准 柱型换能器的结构 柱型换能器的特点和适用场合 l特点：工作稳定、出力大，适用于国内大 部分超声波整机制造商 l适用场合：主要与日本、台湾式的电源（ 发生器）匹配 倒喇叭换能器的结构 倒喇叭换能器的特点和适用场合 l特点：工作稳定、出力极大，匹配II型变 幅杆 l适用场合：主要与美式的电源（发生器） 匹配 其他类型换能器的结构 其他换能器的特点和适用场合 l特点：根据不同的工况和适用对象决定， 一般由客户提出要求 l适用场合：中间夹铝和钢后盖的一般和欧 式的电源（发生器）匹配 与其他超声波核心部件的关系 l主要组成部件 l换能器 l变幅杆 l工具头 l驱动电源 换能器的不同应用领域 l超声波焊接换能器 l要求出力大，爆发力强，适合间歇性工作 l超声波声化学换能器 l要求出力均匀，带复杂启动能力强，适 合长时间连续工作 l其他应用领域换能器 l根据客户的实际工况 换能器的功率描述 l功率是客户最关心的数据之一 l参数表上的功率指换能器的极限功率 l换能器的功率一般和压电陶瓷直径、数 量有关 l决定实际输出功率的因素：系统内耗、 输出振幅，输出频率，负载特点。 超声波发生器概述 l超声波发生器，又叫做超声波驱动电源， 是超声波最重要的核心部件之一 l超声波发生器是用于驱动超声波换能器（ 振动部件）工作的 超声波发生器分类 l模拟 电源 l数控 电源 超声波模拟发生器 l上世纪90年代已经发展成熟 l国内大部分厂家采用 l匹配适应能力弱，易造成换能器损坏 l自身容易损坏 l价格便宜 超声波数控发生器 l国外已经全部采用 l国内研发较国外落后10-20年 l国内几乎没有厂家使用 l匹配适应能力强 l研发难度极大 l价格与模拟电源一致或偏高 超声波发生器不同特点 传统超声驱动电 源和超声波发生器的对比 传统超声波驱动电 源陈工牌超声波数控电源 控制电路类型模拟电路，分立元件控制数字电路，全芯片控制 搜频方式自激式触发他激式触发 自动搜索最佳频率 自动频率跟踪 频率调整范围（以20k为例）0.15kHz0.5 kHz 搜频功率可调 适合24小时连续 工作 可在非谐振状态工作 液晶触摸式人机界面 可添加各种PLC协议 电路自动保护 保护能力弱，极易造成电器元 件损坏 保护能力强，电器元件不易损 坏 维修方式需专业人员维修 模块化更换，非专业人员也可 操作 超声波电加振 l电加振：是指超声波振动子（换能器+变 幅杆）与驱动电源（发生器）联合销售 l为什么要这么做？ 数控电加振销售的产品角度 l两者必须联合使用 l两者的匹配是超声波系统质量的关键 l解决大量的因客户匹配不佳造成售后 l废掉客户能力，使客户依赖度更大 电加振销售的客户角度 l我公司把系统匹配好出厂，省去客户的匹配过 程。 l数控电源品质更佳，各方面性能全面超越模拟 电源 l同一个厂家采购，售后等有保证。 l价格基本与模拟电加振一致 超声波产业链介绍 压电陶瓷 超声波核心部件：换 能器、驱动电源 超声波塑料焊