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超声波换能器为什么要用到压电陶瓷

2021-10-13 09:31:31

1、介电常数£应适中。通常介电常数为10到1000。如果介电常数太大,则将导致叉指电极之间直接耦合。如果介电常数太小,则阻抗将太大,并且不容易匹配。声波换能器电路与设备之间的连接。在单组分压电陶瓷中,除BaTiO3的介电常数为1700外,PbTiO3体系和PbNb2O6都较小,约为200,可以很好地用作高频超声表面波器件的压电材料。其他二元和多组分压电陶瓷材料的介电常数为200-1000,正好满足中等介电常数的要求。


2、通过加工可获得适合于制造叉指电极的良好表面。通常单晶材料非常致密,并且在诸如切割和抛光的后续处理之后,表面是好的。压电陶瓷通常由具有不同成分的粉末材料制成。经过一系列处理,在高温下烧结,因此其晶粒尺寸和孔径,是用于超声波表面波装置的压电陶瓷材料的主要指标。不仅决定了材料的光滑度,而且还决定了设备的工作频率。


3、超声波面波的传输衰减应小。超声波表面波传输的衰减,与压电陶瓷材料本身的物理特性和表面状态有关。如果孔和晶粒太大,则将引起散射损耗,同时晶粒之间振动期间的摩擦损耗也将导致衰减。因此除了过程处理之外,还必须通过选择材料来确定。不易老化,一般要求低于0.5%/年,严格要求低于0.1%/年。


超声波换能器


4、机电耦合系数需尽可能高以提高机电转换效率。机电耦合系数反映了压电材料的机械能和电能之间的转换效率。不仅与材料的弹性,介电性能和压电性能密切相关,而且与不同的振动模式也有密切关系。为了提高转换效率,机电耦合系数越大越好,这也可以减少信号处理期间的能量损失。通常压电陶瓷材料的机电耦合系数相对较大,因此这对于压电陶瓷而言是容易的。


5、温度特性更好。为了确保装置的稳定性,材料的温度特性应良好,频率老化率应较小,尤其是声表面波延迟的温度系数应尽可能小。这是因为一旦确定了叉指的手指,操作频率也就固定了,并且叉指的操作频率和宽度的主要设计基础,是超声波表面波延迟时间,即声速。因此一旦时间延迟改变,工作频率就会改变,这将导致设备无法正常工作。


6、一致性和重复性更好。批量生产该设备时,相同材料或同一批次材料的局部区域之间的性能差异应较小,以便设备可以正常工作。这对压电单晶影响很小,因为压电单晶材料的稠度和重复性较好,但是压电陶瓷材料的影响更大。影响材料分散性的主要因素是原材料的分散性,成分的称重偏差,烧结温度和时间控制。


所谓的可重复性通常是指不同批次之间的特性偏差程度,而一致性通常是指同一批次内,或同一批次的烧结矿之间的特性偏差程度。当使用压电陶瓷材料作为超声振动器或换能器元件时,通常需要使用频率调制或分类措施来弥补这一缺点。当用作超声表面波装置的基板时,由于它不可调谐,因此必须具有良好的可重复性和一致性,否则即使其他特性良好,也无法使用。



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