如何判斷超聲波振子是否正常

時(shí)間：2020-04-27作者：深圳市鵬盛**貿(mào)易有限公司瀏覽：334

超聲波振子又稱超聲波振動(dòng)子，行業(yè)內(nèi)將換能器與變幅桿連接后的整體叫做振動(dòng)子。超聲波振子由壓電陶瓷的壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能(聲波振動(dòng))的相互轉(zhuǎn)換，并通過(guò)聲阻抗匹配的前后輻射蓋塊進(jìn)行放大的器件。

超聲波振子由超聲波換能器和超聲波變幅桿組成。超聲波換能器是一種能把高頻電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，超聲波變幅桿是一個(gè)無(wú)源器件，本身不產(chǎn)生振動(dòng)，只是將超聲波換能器輸入的振動(dòng)改變振幅后再傳遞出去，完成了阻抗變換。

1)參數(shù)：

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)(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，較重要的幾個(gè)參數(shù)如下：

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，并且必須與電源工作點(diǎn)匹配。

對(duì)于清洗機(jī)，超聲波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，超聲波振子的諧振頻率會(huì)偏離工作點(diǎn)。

R1：動(dòng)態(tài)電阻，壓電超聲波振子串聯(lián)支路的電阻，在相同的支撐條件下越小越好。對(duì)于清洗或焊接超聲波振子來(lái)說(shuō)，一般在5Ω～20Ω之間。如果太大的話，超聲波振子或振動(dòng)系統(tǒng)工作會(huì)有問(wèn)題，如電路不匹配或轉(zhuǎn)換效率低、超聲波振子壽命短。

Qm：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)镼m越高，超聲波振子的效率越高;但Qm必須與電源匹配，Qm值太高時(shí)，電源無(wú)法匹配。

對(duì)于清洗超聲波振子來(lái)說(shuō)，Qm值越高越好，一般來(lái)說(shuō)，清洗超聲波振子的Qm要達(dá)到500～1000之間，太低的話，超聲波振子效率低，太高的話，電源無(wú)法匹配。

對(duì)于超聲焊接或加工來(lái)說(shuō)，超聲波振子本身的Qm值一般在500～1000左右，整機(jī)系統(tǒng)在1500～3000，太低的話，振動(dòng)效率低，但是也不能太高，因?yàn)镼m越高，工作帶寬越窄，電源難以匹配，即：電源難以工作在諧振頻率點(diǎn)，設(shè)備無(wú)法工作。

CT：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=CT-C1。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。

Fp：反諧振頻率，壓電超聲波振子并聯(lián)支路的諧振頻率，在這個(gè)頻率下，壓電超聲波振子的阻抗Zmax較大，如果反諧振阻抗Zmax很低，則超聲波振子有問(wèn)題。

2) 圖形

阻抗分析儀提供五種坐標(biāo)特性圖，其中對(duì)數(shù)特性圖對(duì)于壓電器件的檢測(cè)有重要的意義。壓電超聲波振子或振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)性能可以直接通過(guò)對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖進(jìn)行判斷，比較直觀，很實(shí)用。

正常的情況下，導(dǎo)納圓為單圓，對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖只有一對(duì)較小值和較大值：

異常情況下導(dǎo)納圓圖上出現(xiàn)多個(gè)寄生小圓，對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖有多對(duì)較小值和較大值：

在以下的情況中，壓電陶瓷或換能器的導(dǎo)納圓與電導(dǎo)曲線會(huì)出現(xiàn)異常：

1)換能器在裝配時(shí)出現(xiàn)晶片裂。

2)壓電陶瓷本身有問(wèn)題，如內(nèi)部分層。

3)超聲變幅桿、模具的設(shè)計(jì)或裝配出現(xiàn)問(wèn)題。

4)換能器同心度差造成的應(yīng)力桿周圍零件相碰。一般來(lái)說(shuō)，導(dǎo)納曲線圖和參數(shù)互相有關(guān)聯(lián)，如果振子的導(dǎo)納曲線圖正常，則R1較低，Qm較高，反之如果振子的導(dǎo)納曲線圖異常，一般R1較大，Qm較小。

對(duì)于換能器來(lái)說(shuō)，往往有很多諧振點(diǎn)，**振動(dòng)、*二振動(dòng)、*三振動(dòng)等等，一般來(lái)說(shuō)，**振動(dòng)(一般為厚向振動(dòng)模式，用戶所用模式)與*二振動(dòng)相隔越遠(yuǎn)越好，因?yàn)?二振動(dòng)為其他模式的振動(dòng)(如彎曲、扭轉(zhuǎn)等等)，在**振動(dòng)模式工作的時(shí)候，*二振動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，從而影響換能器壽命，它們隔得越遠(yuǎn)，影響越小。


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