分析压电换能器的工作原理

某些单晶材料的结构具有非对称特性，当这些材料在外加应力作用下发生应变时，其内部晶格结构（变形）的变化将破坏原来的电中性宏观状态，产生极化电场（电化），所产生的电场（电极化强度）与应变的大小成正比。这种现象被称为正压电效应，是1880年居里兄弟发现的。

随后，在1881年，人们进一步发现这种单晶材料也具有逆压电效应，即当正压电效应的材料受到外加电场的作用时，会有应力和应变产生，其应变与外电场的大小成正比。因压电换能器电声效率高、功率容量大以及结构和形状可以根据不同的应用分别进行设计，在功率超声领域应用广泛。

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压电换能器的主要特点是电声转换效率高，特别是接收灵敏度高，但其机械强度低（脆性大），因此在高功率应用中受到限制（不过目前的最新技术已能达到数百瓦到上千瓦的声辐射功率）。另外，一些单晶材料容易溶于水而失效（水解）。

压电换能器是不分正负极的。因为压电换能器是交流驱动的。但是，与清洗和焊接传感器一样，为了方便起见，与前后盖板连接的电极通常被视为负电极。用于检测的传感器，如果是金属外壳，通常将金属外壳与压电传感器连接，当屏蔽用，这个当负极。

参考资料来源：百度百科-压电式换能器

参考资料来源：百度百科-压电陶瓷换能器

利用压电材料的正逆压电效应制成的换能器，换能器顾名思义就是指可以进行能量转换的器件。

通常我们所说的为电声换能器，能够发射声波的换能器叫发射器；用来接收声波的换能器叫接收器。例如压电蜂鸣器就属于电-声换能器，通常可以用作报警器等。

压电陶瓷换能片的原理是，当压力或张力施加到陶瓷片上时，在陶瓷片的两端会产生极性相反的电荷，并通过电路产生电流。这种效应称为压电效应。

如果由这种压电陶瓷制成的换能器被放入水中，那么在声波的作用下，在换能器的两端会感应出电荷，这是声波接收器。此外，压电效应是可逆的。 如果交变电场施加到压电陶瓷片上，陶瓷片会不时变得越来越薄和厚，同时产生振动并发出声波。因此，解决了超声波发射器的问题。

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压电陶瓷换能器有两种材料：磁致伸缩金属和压电陶瓷。本文的目的是设计用于大功率机械超声加工的换能器，因此只讨论压电陶瓷换能器。

压电陶瓷换能器作为一种能量传输网络，存在能量转换效率问题。转换效率与换能器材料、振动形式、机械振动系统（包括支撑机构）的结构以及工作频率的选择有关。因此，在超声换能器的设计中，应该考虑各种因素，如声阻抗、频率响应、阻抗匹配、声学结构、振动模式和转换材料，以及如何设计和协调这些因素，以使电声转换达到最佳值。

参考资料来源：百度百科-压电换能器

极化的压电陶瓷在周期周期信号激励下，产生伸缩振动。推动周围媒介运动-此为发射换能器。一般结构为1/2波长振子、极化的压电陶瓷，在媒介的推动下，产生伸缩振动，产生电信号。此为接收换能器。

换能器：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。换能器是超声波设备的核心器件，其特性参数决定整个设备的性能。

压电陶瓷换能器，一个是用来产生机械振动并在空气中激发出超声波；另一个用来接收振动，同时在电输出端产生相应的电信号。压电系统有一谐振频率，系统工作在谐振频率时，产生机械谐振，此时得到的电信号最强。

极化的压电陶瓷在周期周期信号激励下，产生伸缩振动。推动周围媒介运动-此为发射换能器。一般结构为1/2波长振子
极化的压电陶瓷，在媒介的推动下，产生伸缩振动，产生电信号。此为接收换能器。