超聲波換能器是一種能量轉(zhuǎn)換的器件，實現(xiàn)電能、機(jī)械能或聲能從一種形式的能量轉(zhuǎn)換為另一種形式的能量裝置。又稱超音波換能器、有源傳感器。其中較為成熟可靠的是以壓電效應(yīng)實現(xiàn)電能與聲能相互轉(zhuǎn)換的器件，又稱壓電換能器。

 超聲波換能器的組成 

    幾乎所有用于功率超聲的壓電換能器都是郎之萬（Langevin）類型的，即，一個或多個壓電陶瓷在前驅(qū)動器和后驅(qū)動器之間進(jìn)行機(jī)械壓縮（預(yù)應(yīng)力）。

超聲波換能器主要由前后驅(qū)動器、壓電陶瓷、預(yù)緊螺桿和電極片組成，具體組成詳見下圖。

  后驅(qū)動器：壓電換能器背面的圓柱形元件，后驅(qū)動器緊靠片壓電陶瓷，并通常通過預(yù)緊螺栓施加預(yù)緊壓力。

  前驅(qū)動器：將換能器的超聲波能量傳送到變幅桿或工具頭，前驅(qū)動器通常還包括用于外殼的安裝法蘭。

  壓電陶瓷：壓電陶瓷是換能器的心臟，將超聲波發(fā)生器的電信號轉(zhuǎn)換為線性的機(jī)械振動的一種元器件。

  預(yù)緊螺桿：單個堆疊螺栓穿過前后驅(qū)動器和陶瓷片的中心孔。擰緊該螺栓后，陶瓷片將在后驅(qū)動器和前驅(qū)動器之

         間被壓縮，從而對陶瓷片施加所需的預(yù)應(yīng)力，產(chǎn)生壓電效應(yīng)。

  電極圓片：在相鄰壓電陶瓷之間的一種薄型導(dǎo)電圓片，接入驅(qū)動換能器所需的正負(fù)極電源。

 超聲波換能器的匹配 

    壓電換能器的匹配問題是非常重要的，這關(guān)系到它的工作性能和使用壽命問題。

   頻率匹配的重要性。因為超聲波壓電換能器只能在它的諧振頻率(Fs)點工作，所以平匹超聲波發(fā)生器(驅(qū)動電源)、變幅桿和工具頭(模具)時都應(yīng)該在這個頻率下工作。一般來說，我們希望它們之間的頻率差別不要超過±0.1KHz這個范圍，能更小一點。另外我們強(qiáng)烈建議配套的工具頭(模具)的頻率低于振子(換能器+變幅桿)頻率0.1KHz左右。同時還考慮到，換能器連上變幅桿和工具頭(模具)后，整體的諧振頻率峰會變得很尖銳，即帶寬(△f)很窄，機(jī)械品質(zhì)因素(Qm)很大，頻率偏移一點就會造成阻抗(R1)很大的增加。反應(yīng)在超聲波發(fā)生器上就是電流、電功率、振幅很大或過載報警。若剛好是空載調(diào)機(jī)，很可能會造成換能器陶瓷晶片錯位、碎裂或中心預(yù)緊螺栓的斷裂。

   頻率匹配和阻抗匹配主要是考慮到超聲波振動系統(tǒng)的間隙式工作，負(fù)載變化大，作功時需要有足夠的功率輸出，空載時要控制在最小振幅。否則空載功率很大，會損壞換能器。負(fù)載時功率上不去，達(dá)不到需要的效果，還是沒用的。

 換能器的常見問題 

  在換能器的使用過程中出現(xiàn)陶瓷晶片開裂或錯位、發(fā)熱嚴(yán)重、電極片開裂、電極片打火、輸出無力、裝配漏波等問題，我們認(rèn)為主要有以下兩點原因：

  變幅桿、工具頭(模具)裝配問題；這是見的，就是變幅桿、工具頭(模具)和換能器組裝匹配時頻率差值過大和動態(tài)阻抗偏高。此時客戶就需要根據(jù)小信號(換能器參數(shù)測試儀)測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整或更換。

  發(fā)生器連接匹配問題；對于這種情況，主要是發(fā)生器和換能器的頻率和電容量的不匹配。當(dāng)遇到此類情況，客戶應(yīng)及時根據(jù)換能器的參數(shù)，調(diào)整發(fā)生器與之對應(yīng)的相關(guān)電性參數(shù)，進(jìn)行匹配調(diào)試。

     壓電換能器的應(yīng)用 

   超聲波壓電換能器的應(yīng)用十分廣泛，按實現(xiàn)功能分為超聲波清洗、超聲波焊接、超聲波切割、超聲波檢測、探測、檢測、遙測等；按性質(zhì)分為功率超聲、檢測超聲、超聲成像等；按應(yīng)用方向分為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、醫(yī)療及軍事等