压电陶瓷晶片应用.doc

压电陶瓷晶片应用-雾化器，加湿器应用 广泛用于雾化器和加湿器。 客户可根据需求，选择不同镀层，分别是镀镍、镀钛、镀玻璃釉、镀高分子。 特殊规格可按客户需求订做。 雾化片电性能参数表：规格型号谐振频率电容谐振阻抗介电损耗压电常数d33寿命雾化量16-1.7M-N1.7MHz120015%1.00.8%280C/N5000hrs250cc/hrs20-1.7M-N1.7MHz120015%1.00.5%280C/N5000hrs400cc/hrs20-1.7M-T1.7MHz120015%1.00.5%280C/N5000hrs400cc/hrs20-1.7M-G1.7MHz120015%1.00.5%280C/N5000hrs400cc/hrs25-1.7M-N1.7MHz190015%1.00.5%280C/N5000hrs450cc/hrs25-1.7M-T1.7MHz190015%1.00.5%280C/N5000hrs450cc/hrs25-1.7M-G1.7MHz190015%1.00.5%280C/N5000hrs450cc/hrs 可按客户需求配备橡胶圈和引线。超声波压电器超声清洗超声焊接超声波流量计超声波测距超声波捕鱼水声换能声纳微型压电多用途超声波微型雾化器 笔者介绍一种多用途的超声波雾化器。该雾化器具有以下特点：分体式，即超声雾化头与电源和电路部分完全分离；便携式，体积小、即插即用、设有自保功能；高可靠，可全天候工作；雾化量大，与别墅的山水盆景配套可发生云雾缭绕的动感；特别适合过分干燥的环境对空气加湿，以利人的呼吸；在水中加入适量的某种溶剂，给被污染的居住环境消毒，以预防疾病（如把生活用醋定时雾化，可预防流感）；雾化器（成品）售价低、性价比高，欲自制雾化器，仅器材和工时费也难敌上述的性价比。 一、电路工作原理。该雾化器电路如图所示，电源变压器（）经降压（）送整流和、滤波后给电路提供工作电压。雾化器工作电路由振荡器、换能器和水位控制电路等组成。 振荡器和换能器。电路中的振荡器是一种由高频压电陶瓷片（超声换能器）组成的工作振荡器，其振荡频率为（决定于选定的）。晶体三极管和电容器、等构成电容三点式振荡器电路。和电感等效并联的谐振频率比工作频率低，其作用是决定工作振荡器的振荡幅度；和电感等效串联的谐振频率比工作频率高，其作用是决定工作振荡器的反馈量，以保证振荡器起振和维持电路的可靠振荡。压电陶瓷片具有很大的等效电感，它除决定电路的工作频率外，同时又是雾化器的工作负载。若更换压电陶瓷片，无需调整电路其他参数，其振荡器频率也能自动跟踪新的压电陶瓷片的频率而工作。 水位控制和偏置电路。电路中的超声换能器（又称雾化头）和其上安装的两根水位控制触针，他们是浸没在浅水水溶液中工作的。若长期雾化，一旦液面降低而使雾化头的水位控制触针露出水面时，振荡器会自动阻断而停止工作，这也避免了雾化头因发热而损坏。 图电路中的、管、触针、以及相关的电阻，共同组成水位控制电路。电路工作时，电源通过触针、和水溶液给的射极提供电源。管导通工作。管起开关作用。当工作时，管也导通，电源通过、向管提供偏置电流，使管振荡工作。一旦液面降低、控制触针露出水面，电源到管的通路被切断，管截止，开关也断开，此时因无偏置电流而迅速停止振荡。调整电阻的阻值，可以直接改变管的偏置电流，所以振荡器的调试十分简单和方便。电路中的是管极的保护二极管。40kHZ超声波发射电路(1) 40kHZ超声波发射电路之一，由F1F3三门振荡器在F3的输出为40kHZ方波，工作频率主要由C1、R1和RP决定，用RP可调电阻来调节频率。 F3的输出激励换能器T40-16的一端和反向器F4，F4输出激励换能器T40-16的另一端，因此，加入F4使激励电压提高了一倍。电容C3、C2平衡F3和F4的输出，使波形稳定。电路中反向器F1F4用CC4069六反向器中的四个反向器，剩余两个不用（输入端应接地）。电源用9V叠层电池。测量F3输出频率应为40kHZ2kHZ，否则应调节RP。发射超声波信号大于8m。40kHZ超声波发射电路(2) 40kHZ超声波发射电路之二，电路中晶体管VT1、VT2组成强反馈稳频振荡器，振荡频率等于超声波换能器T40-16的共振频率。T40-16是反馈耦合元件，对于电路来说又是输出换能器。T40-16两端的振荡波形近似于方波，电压振幅接近电源电压。S是电源开关，按一下S，便能驱动T40-16发射出一串40kHZ超声波信号。电路工作电压9V，工作电流约25mA。发射超声波信号大于8m。电路不需调试即可工作。40kHZ超声波发射电路(3) 40kHZ超声波发射电路之三，由VT1、VT2组成正反馈回授振荡器。电路的振荡频率决定于反馈元件的T40-16，其谐振频率为40kHZ2kHZ。频率稳定性好，不需作任何调整，并由T40-16作为换能器发出40kHZ的超声波信号。电感L1与电容C2调谐在40kHZ起作谐振作用。本电路适应电压较宽（312V），且频率不变。电感采用固定式，电感量5.1mH。整机工作电流约25mA。发射超声波信号大于8m。40kHZ超声波发射电路(4) 40kHZ超声波发射电路之四，它主要由四与非门电路CC4011完成振荡及驱动功能，通过超声换能器T40-16辐射出超声波去控制接收机。其中门YF1与门YF2组成可控振荡器，当S按下时，振荡器起振，调整RP改变振荡频率，应为40kHZ。振荡信号分别控制由YF4、YF3组成的差相驱动器工作，当YF3输出高电平时，YF4一定输出低电平；YF3输出低电平时，YF4输出高电平。此电平控制T40-16换能器发出40kHZ超声波。电路中YF1YF4采用高速CMOS电路74HC00四与非门电路，该电路特点是输出驱动电流大（大于15mA），效率高等。电路工作电压9V，工作电流大于35mA，发射超声波信号大于10m。40kHZ超声波发射电路(5) 40kHZ超声波发射电路之五，由LM555时基电路及外围元件构成40kHZ多谐振荡器电路，调节电阻器RP阻值，可以改变振荡频率。由LM555第3脚输出端驱动超声波换能器T40-16，使之发射出超声波信号。电路简单易制。电路工作电压9V，工作电流4050mA。发射超声波信号大于8m。LM555可用NE555直接替代，效果一样。双稳态超声波接收机电路 由于单稳态接收机无记忆功能，所以不能用在家用电器的开与关中，适用面不宽。是一种双稳态超声波接收机电路，它的前级电路同图2-186电路完全一样，只是执行电路不同。电路中，由VT5、VT6及相关辅助元件构成双稳态电路，当VT4每导通一次（发射机工作一次），触发信号经C7、C8向双稳电路送进一个触发脉冲，VT5、VT6状态翻转一次，当VT6从截止状态转变成导通状态时，VD5截止，VT7截止，继电器K释放； 当再来一个触发信号时，VT6由导通转变为截止状态，VD5导通，VT7导通，继电器K吸合.由于增加了双稳电路，使之用于电灯、电扇、电视等电器遥控成为现实。调试时，在a点与+6V（电源）之间用导线快速短路一下后松开，继电器应吸合（或释放），再短路一下松开，继电器应释放（或吸合），如果继电器无反应，请检查双稳电路元件焊接质量和元件参数。一般情况下一次即可成功。单稳式超声波接收器电路单稳式超声波接收器电路原理图，超声波换能器R40-16谐振频率为40kHZ，经R40-16选频后，将40kHZ以外的干扰信号衰减，只有谐振于40kHZ的有用信号（发射机信号）送入VT1VT3组成的高通放大器放大，经C5、VD1检出直流分量，控制VT4、VT5组成的电子开关带动继电器K工作。由于该电路仅作单路信号放大，当发射机每发射一次超声波信号时，接收机的继电器吸合一次（吸合时间同发射机发射信号时间相同），无记忆保持功能。可用作无线遥控摄象机快门控制、儿童玩具控制、窗帘控制等。电路中VT1200，VT2150，其他元件自定。电路不需调试即可工作。如灵敏度和抗干扰不够，可检查三极管的值与电容C4的容量是否偏差太大。经实测，配合相应的发射机，遥控距离可达8m以上。在室内因墙壁反射，故没有方向性。电路工作电压3V，静态电流小于10mA。产生超声波的功率源电路选自近代超声原理与应用 袁易全主编 作者：陈思忠 超声波功率源(或称发生器)是一种用于产生并向超声换能器提供超声能量的装置。超声波发生器就其激励方式有两种：一种是他激式另一种是自激式。如果按末级功放管所采用的器件类型分，又可分四种：电子管式超声发生器；可控硅逆变式超声发生器；晶体管式超声发生器及功率模块超声发生器。电子管式与可控硅逆变式目前基本已淘汰，当前广泛使用的是晶体管式发生器。他激式超声发生器主要包括两部分，前级是振荡器，后级是放大器。一般通过输出变压器耦合，把超声能量加到换能器上。而自激式超声发生器是把振荡、功放、输出变压器及换能器集为一体，形成一闭环回路，回路在满足幅度、相位反馈条件，组成一个有功率放大的振荡器。并谐振于换能器的机械共振频率上。本文根据超声发生器特点，主要讨论、分析、设计超声发生器的谐振、功放及匹配等相关问题。一、关于谐振问题 所谓谐振问题就是要求发生器的输出信号频率能对在工作中变化的换能器谐振频率进行跟踪，也即称频率自动跟踪。目前常用的频率自动跟踪大致有以下几种方法：1声跟踪 以声耦合方式，从换能器上采集谐振频率的电讯号，然后反馈至前级放大器，使形成自激振荡器。其原理框图如图128所示。图128 声跟踪超声波发生器原理框图由图128看出，电路是个闭环系统，电路在通电的瞬间产生一个冲击脉冲，此脉冲经预放、功 放去激励换能器，换能器按自身固有频率振动。从而在反馈的声接收器上可得到相同频率的电讯号。经过电路的移相、选频、预放及功放再去激励换能器，如果满足振荡器的相位，幅度条件，系统将自激振荡，且振荡频率跟踪在换能器的共振频率上。2电跟踪所谓“电跟踪”又称反馈自激式振荡器。大致有以下几种形式(1)阻抗电桥形式的动态反馈系统阻抗电桥形式的动态反馈系统组成的频率自动跟踪电路其原理如下；它是利用电桥平衡原理补偿换能器电学臂的无功与有功分量，借助于差动变量器提取与换能器机械臂振荡电流成正比的反馈电压，使闭环系统在换能器机械共振频率上自振。本方法对换能器电参数的补偿有可能做到与频率无关，因而在较宽频段内跟踪良好。差动变量器桥式自动频率跟踪电路如图129所示。图中Tf为差动变量器，正反馈电压Uf，由次级绕组W3引出；初级绕组W1，W2与阻抗Z1、Z2构成电桥四臂，Z1为换能器阻抗(它由机械臂阻抗Zm和电学臂阻抗Ze并联而成)，Z2为补偿元件的阻抗。Z3用于补偿电桥的电抗。设ZmZe则Z1 =Ze 。显然，如满足条件W1I1=W2I2(W1W2为初级的匝数)，电桥获得平衡，Tf次级绕组反馈电压Uf=0。此平衡条件又可表为Z2Ze=W2W1X2/Xe=R2/Re=W2/W1=n即式中Re/Xe分别为Ze和Z2的实部和虚部。系数n表示差动变量器初级绕组两部分的匝数比，它等于补偿元件阻抗与换能器电学臂之比。一般情况下，流经Zm的电流Im使电桥失去平衡，Tf次级绕组将感生出正比于换能器机械臂振荡电流Im的反馈电压Uf Uf=Im(W1/W3)Rim式中Rim为振荡器的输入电阻。当系统的自激频率fo=fr(换能器的机械共振频率)时，电流Im。将达最大值。系统反馈最强， Uf反馈电压最大，满足幅度条件，且Uf与Uin同相，也满足相位条件，系统自激在换能器机械共振频率上。假如换能器的机械共振频率因某种因素减低了，则fofr。，负载Zm呈感性，Im的相角为负值，造成Uf滞后于Uin(原先的输入电压)，系统振荡频率降低从而达到跟踪的目的。差动变量器桥式自动频率跟踪电路优点，在于其对换能器电抗成分的补偿与频率无关，从而保证反馈电压在很宽的频率段内只与机械振荡电流有关，跟踪可靠、失调较小(2)负载分压方式的反馈系统。这种系统如图130所示，图中的整个电路形成闭环迥路电路在通电的瞬间产生一个电脉冲，经功放加至换能器两端，于是换能器受激振动。其振动频率为换能器本身的固有频率，在换能器两端的振荡信号，经分压后送至可调移相器上，再送至功放。当可调移相器调至相位满足自激条件时，系统自激于换能器的固有频率上。换能器谐振频率的微小变化，电路系统均能及时跟踪使工作始终处于最佳状态。图130 电压反馈振荡器(3)锁相式频率自动跟踪锁相式频率自动跟踪系统与前两种自激系统相比，电路要复杂得多，但能获得较好的频率自动跟踪性能。因此在超声塑料焊接机的发生器中获得越来越广泛的应用。采用锁相技术进行频率自动跟踪的关键，是如何获得负载电路中电压与电流之间的相位差。压电换能器在谐振频率附近的等效电路如图131所示。图中虚线框内为换能器等效回路。C0为换能器静态电容。Rm为机械阻反映到电端的阻(如果忽略机械损耗，即为反映到电端的辐射阻)，Lm为动态等效质量反映到电端的值；Cm为等效力顺反映到电端的动态电容值；L。为换能器工作在谐振状态时的并联匹配电感。131 压电换能器等效简图该迥路的谐振频率2 =1/LoCo =1/LmCm在谐振状态时，换能器两端电压U=iRm ,即电压与电流是同相的。当换能器失谐时，u与i不再同相，其电抗与频率特性曲线如图132所示。图中s为串联谐振频率。p为并联谐振频率。图132 谐振点附近电抗与频率特性图 图133为串联谐振频率附近的相频特性。由图133可知，当s时电路呈容性，i超前u，相位差为负；图132 谐振点附近电抗与频率特性图当s p时电路呈感性，u超前i，相位差为正。当s时，电路呈纯阻特性， i电流与U电压同相位。因此，换能器两端的电压与流过换能器的电流，他们之间的相位差正负、大小，代表激励信号的频率与振动系统固有频率之间的关系。所以，若把电压、电流相位差信号取出，作为激励振动系统谐振频率变化的控制信号，达到频率跟踪的目的