功率超聲換能器的優化設計，超聲波金屬點焊機
摘 要 ： 對夾心式超聲波金屬點焊機壓電陶瓷功率超聲換能器的優化設計進行了探討 。分析了一種壓電陶瓷中間帶有厚電極的夾心式換能器的頻率特性及其機電轉換性能 . 得出了金屬厚電極的幾何尺寸對換能器振動性能的影響 。探討了換能器中壓電陶瓷片的位置和幾何尺寸對換能器的共振頻率 / 反共振頻率和有效機電耦合系數的影響 . 并得出了一些有利于夾心式換能器優化設計的結論 。
關鍵詞 ： 夾心式壓電陶瓷超聲換能器 ， 共振頻率 ， 反共振頻率 ，有效機電耦合系數
引言
引言
在功率超聲及水聲學研究領域 . 夾心式壓電陶瓷換能器得到了極為廣泛的應用 。 此類換能器主要由中心壓電陶瓷片 / 前后金屬蓋板 / 預應力螺栓 / 金屬電極片以及預應力螺栓絕緣套管等組成 。其超聲波銅管密封超聲波封切機焊接設備主要特點包括 ：
（1）既利用了壓電陶瓷振子的縱向效應 . 又得到了較低的共振頻率 .
（2）由于壓電陶瓷本身的特點 . 即抗張強度差 .在大功率工作狀態下容易發生破裂 . 通過采用金屬塊以及預應力螺栓給壓電陶瓷圓片施加預應力 . 使
壓電陶瓷圓片在強烈的振動時始終處于壓縮狀態 .從而可以避免壓電陶瓷片的破裂 .
(3)由于壓電陶瓷屬于一種絕緣性材料 . 因此其導熱性能很差 . 在大功率狀態下極易發熱 . 從而造成能量的轉換效率下降 . 在夾心式壓電陶瓷換能器中 . 由于使用了金屬前后蓋板 . 換能器的導熱性能會得到很大的改善 .只要金屬材料與壓電陶瓷材料的厚度以及橫向尺寸選擇適當 . 壓電陶瓷材料彈性常數的溫度系數可以由金屬材料彈性常數的溫度系數加以補償 . 因此夾心式壓電陶瓷換能器的頻率溫度系數可以做得很小 . 其溫度的穩定性也較好 .
(4) 在夾心式壓電陶瓷換能器中 . 通過改變壓電陶瓷材料的厚度 / 形狀及前后金屬蓋板的幾何尺寸和形狀 . 可以對換能器進行優化設計 . 來獲得不同的工作頻率和其他一些性能參數 . 以適應不同的工作環境和應用場合 .
客服