超声波换能器原理与设计（超声波振动系统）匹配 ??摘要：就塑料焊接机的超声波换能器系统来进行设计和计算，并用PRO- E 三维软件绘出三维模型， 后进行频率分析，为超声波换能系统提供了有用的设计方法。 关键词：超声波换能器，超声波振子，超音波振动子，超声波振动系统 ??当代社会，塑料的各种制品已渗透到人们日常生活的所有的领域。传统的加工工艺，已不能适应现代塑料工业的发展需要。超声波塑料焊接机在焊接塑料制品时，既不要填加任何粘接剂、填料或溶剂，也不消耗大量热源，具有操作简单便捷、焊接速度快、焊接强度高、生产效率高等优点。因此，超声波焊接技术越来越很广地获得应用。超声换能系统通常包括超声波换能器和超声波变幅杆，是进行超声焊接加工的基础组件，而良好的超声换能器是保证超声焊接加工的前提。 2.1超声波换能器的设计 ??超音波塑料焊接机工作时，加工塑料工件需要的是高频率的纵向振动，使得工件的上下模上下高频振动熔化焊接层，得到焊接效果。因此选择换能器的种类，是纵向复合式换能器，结构相对比较简单。首尾两块是金属盖板；中间是压电陶瓷晶堆，一般是纵向极化的带圆孔片或圆管，也可以是径向极化的圆管；一根应力螺杆将这3 部分紧紧压牢。

  超声波焊接中有一个关键性的公式：E = P* T，其中E为能量，P为功率，T为时间。而功率为力和速度共同作用的结果，即P≈F*V，其中F为力，V为速度。而力来自压力和下降速度。而速度来自频率和振幅。

  振幅的定义是指焊头的端面在焊接时在长度方向上从一个低端到一个之间的距离。如图2所示。它对超声波焊接工艺的影响很大，在焊接面之间所产生的热量和振幅的平方存在关系。所以，振幅增加一点或减少一点所产生的影响比其它参数所产生的影响要大，因为焊接的结果被振幅的平方所放大，而比普通的增长影响要大。

  能够最终靠计算换能器、调幅器和焊头对振幅的放大系数来得到（放大系数为振幅的输出和输入的比值）。可以通过把换能器的振幅乘上调幅器和焊头的放大系数来得到焊接模块的终振幅。即：输出振幅（焊接振幅）=换能器基础振幅*调幅器放大系数*焊头放大系数。使用调幅器，后的振幅为20微米*2.5*2=100微米。若使用绿色调幅器，终的振幅为60微米。

  不同的材料和焊接工艺，需要不同的振幅。必须要格外注意的是下面为20KHz时的振幅经验数据，当频率不同时有必要进行转换。

  超声波换能器是超声波产品的心脏.而机电设施尤其重要.它将电箱送过来的高频高压电源转换成高频机械振动,功率输出可达好几千瓦,所以它的稳定性及功率输出对整机运作性能很重要,也是设备中有价款值的,它是体现整台设备价值的关键. 以下是怎么检验测试超声波换能器的好坏的方法：

  2、可以从它的制作流程与工艺及外观来鉴别：它直接体现出技术对产品的质量重视,工艺及外观好的产品质量自然会好一点(但也不能绝对是)。而且设计工艺直接影响产品质量。 ?

  3、可以根据它的工艺设计及使用材料来鉴别：不过这需要对换能器材料很了解和经验比较丰富。设计是否合理应根据选用材料来定，材料的好坏直接影响产品的质量，照板复制出来的不一定行.同规格的材料产地不一样,质量也就相差很大.差的材料再好的技术也做出好产品。

  1） 、稳定性试验（模拟老化试验）；带上设备额定负载检验测试电箱及换能器的功率输出稳定性。 ?

  2） 、超负荷运作测试；测试产品质量的稳定性及寿命。此项检测只需带上额定负载连续不间断运行8小时即可。

  3） 、功率输出试验；它能检测出换能器与电箱的匹配情况，同时能反应出电箱及换能器负载功率输出的大小，模具带的越大工作效果越好说明功率输出越强。（电流的大小只能反应输出效率，并不意味着设备功率大小） .

  超声波换能器基本功能： 超声波换能器，包括外壳、匹配层即声窗、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出电缆，其特征是它还包括Cymbal阵列接受，它由引出电缆、8～16只Cymbal换能器、金属圆环、和橡胶垫圈 组成；Cymbal阵列接受位于圆盘式压电换能器之上；压电陶瓷圆盘换能器用作基本的超声波换能器，由它发射和接收超声波信号；Cymbal阵列接受位于圆盘式压电换能器之上，作为超声波接受，用于接收圆盘换能器频带之外的多普勒回波信号。 超声波换能器普遍的问题： 1、超声波振子受潮，可以用兆欧表检查与换能器相连接的插头，检查绝缘电阻值就能判断基本情况，一般要求绝缘电阻大于5兆欧以上。如果达不到这个绝缘电阻值，一般是换能器受潮，可以把换能器整体（不包括喷塑外壳）放进烘箱设定100℃ 左右烘干3小时或者使用电吹风去潮至阻值正常为止。 2、换能器振子打火，陶瓷材料碎裂，可以用肉眼和兆欧表结合检查，一般作为应急处理的措施，可以把个别损坏的振子断开，不可能影响到别的振子正常使用。 振子脱胶，我们的换能器是采用胶结，螺钉紧固双重保证工艺，在正常的情况下不可能会出现这种情况。 不锈钢振动面穿孔，一般换能器满负荷使用10年有极大几率会出现振动面穿孔的情况。

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