超聲波換能器，要解決的技術(shù)問題是設(shè)計(jì)一種作用距離大、頻帶寬的超聲波換能器。本發(fā)明由外殼、匹配層、壓電陶瓷圓盤換能器、背襯、引出電纜和Ｃｙｍｂａｌ陣列接收器組成。壓電陶瓷圓盤換能器采用厚度方向極化的ＰＺＴ－５壓電材料制成，Ｃｙｍｂａｌ陣列接收器由８～１６只Ｃｙｍｂａｌ換能器、兩個(gè)金屬圓環(huán)和橡膠墊圈組成。壓電陶瓷圓盤換能器用作基本的超聲波換能器，由它發(fā)射和接收超聲波信號(hào)；Ｃｙｍｂａｌ陣列接收器位于圓盤式壓電換能器之上，作為超聲波接收器，用于接收?qǐng)A盤換能器頻帶之外的多普勒回波信號(hào)。本發(fā)明的作用距離大于３５ｍ，頻帶寬度達(dá)到１０ｋＨｚ，能檢測(cè)高速移動(dòng)的遠(yuǎn)距離目標(biāo)。
　　超聲波換能器，包括外殼（１）、匹配層即聲窗（２）、壓電陶瓷圓盤換能器（３）、背襯（４）、引出電纜（５），其特征在于它還包括Ｃｙｍｂａｌ陣列接收器，它由引出電纜（６）、８～１６只Ｃｙｍｂａｌ換能器（７）、金屬圓環(huán)（８）、（９）和橡膠墊圈（１０）　組成；Ｃｙｍｂａｌ陣列接收器位于圓盤式壓電換能器３之上；壓電陶瓷圓盤換能器用作基本的超聲波換能器，由它發(fā)射和接收超聲波信號(hào)；Ｃｙｍｂａｌ陣列接收器位于圓盤式壓電換能器之上，作為超聲波接收器，用于接收?qǐng)A盤換能器頻帶之外的多普勒回波信號(hào)。

超聲波換能器參數(shù)的測(cè)試及阻抗測(cè)試儀

用阻抗分析儀可以評(píng)定壓電陶瓷片、壓電換能器、整個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)（超聲波換能器加上變幅桿、模具）等各種器件設(shè)備的性能優(yōu)劣。用阻抗分析儀分析超聲器件設(shè)備，重要的幾個(gè)參數(shù)如下：
　　1. Fs：機(jī)械諧振頻率，即振動(dòng)系統(tǒng)的工作頻率、設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能接近期望值。
　　對(duì)于清洗機(jī)，振子的諧振頻率一致性越高越好。
　　對(duì)于塑焊機(jī)或超聲加工，變幅桿或模具設(shè)計(jì)不合理的情況下，振子的諧振頻率會(huì)偏離工作點(diǎn)。
　　2. Gmax：諧振時(shí)的電導(dǎo)，振動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)的電導(dǎo)值，它是動(dòng)態(tài)電阻的倒數(shù)。在相同的支撐條件下越大越好，Gmax＝1／R1。一般對(duì)于清洗或焊接振子來說，一般在50ms～500ms之間。如果太小的話，一般來說，振子或振動(dòng)系統(tǒng)工作會(huì)有問題，如電路不匹配或轉(zhuǎn)換效率低、振子壽命短。
　　3. C0：超聲波換能器壓電器件等效電路中靜態(tài)支路的電容量，C0＝CT－C1（其中：CT為1kHz下的自由電容，C1為壓電器件等效電路中動(dòng)態(tài)支路的電容量）。使用時(shí)要以電感對(duì)C0進(jìn)行平衡。
　　在清洗機(jī)或超聲加工機(jī)器的電路設(shè)計(jì)中，正確地平衡C0可以提高電源的功率因素，使用電感平衡有兩種方法，并聯(lián)調(diào)諧和串聯(lián)調(diào)諧。
　　4. 超聲波換能器機(jī)械品質(zhì)因素，以電導(dǎo)曲線法確定，Qm＝Fs／（F2－F1），Qm越高越好，因?yàn)樵礁?，振子的效率越高；但必須與電源匹配，Qm值太高時(shí)，電源無法匹配。
　　對(duì)于清洗振子來說，值越高越好，一般來說，清洗振子的Qm要達(dá)到500以上，太低的話，振子效率低。
　　對(duì)于超聲波換能器超聲加工來說，振子本身的Qm值一般在500左右，加上變幅桿之后，一般達(dá)到1000左右，再加上模具，一般達(dá)到1500～3000。太低的話，振動(dòng)效率低，但是不能太高，因?yàn)镼m越高，工作帶寬越窄，電源難以匹配，電源難以工作在諧振頻率點(diǎn)，設(shè)備無法工作。
　　5. F2，F(xiàn)1：振子半功率點(diǎn)頻率，對(duì)于超聲加工的整個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)（包含變幅桿和模具）來說，F(xiàn)2－F1要大于10Hz 否則頻帶太窄，電源難以工作在諧振頻率點(diǎn)，設(shè)備無法工作。 F2－F1與Qm值直接相關(guān)，Qm＝Fs／（F2－F1）。
　　6. Fp：反諧振頻率，壓電振子并聯(lián)支路的諧振頻率，在這個(gè)頻率下，壓電振子的阻抗大。
　　7. Zmax：反諧振阻抗，正常的情況下，一個(gè)換能器的反諧振阻抗都在幾十千歐姆以上，如果反諧振阻抗比較低，往往振子的壽命比較短。
　　8. CT：超聲波換能器自由電容，壓電器件在1kHz頻率下的電容值，此值和數(shù)字電容表測(cè)得的值是一致的。這個(gè)值減掉動(dòng)態(tài)電容C1就可以得到真正的靜電容C0，C0需要用外接電感平衡，C1在系統(tǒng)工作的時(shí)候參與能量轉(zhuǎn)換，不必平衡。
　　9. R1：動(dòng)態(tài)電阻，壓電振子串聯(lián)支路的電阻，在相同的支撐條件下越小越好。對(duì)于清洗或焊接振子來說，如果R1太大的話，說明振子有問題。
　　10. Keff：有效機(jī)電耦合系數(shù)，一般來說，Keff越高，說明轉(zhuǎn)換效率越高