如何用儀器來檢測(cè)超聲波換能器的性能

　　壓電陶瓷超聲波換能器是超聲波產(chǎn)品的核心部件，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響整臺(tái)超聲波設(shè)備的性能。恒波公司產(chǎn)品之換能器均經(jīng)過壓電陶瓷評(píng)定系統(tǒng)嚴(yán)格檢測(cè)，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，最重要的幾個(gè)參數(shù)如下：

1. 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。

　　對(duì)于清洗機(jī)，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，變幅桿或超聲波模具設(shè)計(jì)不合理的情況下，振子的諧振頻率會(huì)偏離工作點(diǎn)。

2. Gmax：諧振時(shí)的電導(dǎo)，振動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)的電導(dǎo)值，它是動(dòng)態(tài)電阻的倒數(shù)。在相同的支撐條件下越大越好，Gmax＝1／R1。一般對(duì)于清洗或焊接振子來說，一般在50ms～500ms之間。如果太小的話，一般來說，振子或振動(dòng)系統(tǒng)工作會(huì)有問題，如電路不匹配或轉(zhuǎn)換效率低、振子壽命短。

3. C0：壓電器件等效電路中靜態(tài)支路的電容量，C0＝CT－C1（其中：CT為1kHz下的自由電容，C1為壓電器件等效電路中動(dòng)態(tài)支路的電容量）。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可以提高超聲波電源的功率因素，使用電感平衡有兩種方法，并聯(lián)調(diào)諧和串聯(lián)調(diào)諧。

4. 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，振子的效率越高；但Qm必須與電源匹配，Qm值太高時(shí)，電源無法匹配。

對(duì)于清洗振子來說，Qm值越高越好，一般來說，清洗振子的Qm要達(dá)到500以上，太低的話，振子效率低。

　　對(duì)于超聲波焊接機(jī)來說，振子本身的Qm值一般在500左右，加上變幅桿之后，一般達(dá)到1000左右，再加上模具，一般達(dá)到1500～3000。太低的話，振動(dòng)效率低，但是不能太高，因?yàn)镼m越高，工作帶寬越窄，電源難以匹配，電源難以工作在諧振頻率點(diǎn)，設(shè)備無法工作。

5. F2，F(xiàn)1：振子半功率點(diǎn)頻率，對(duì)于超聲加工的整個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)（包含變幅桿和模具）來說，F(xiàn)2－F1要大于10Hz, 否則頻帶太窄，電源難以工作在諧振頻率點(diǎn)，設(shè)備無法工作。    F2－F1與Qm值直接相關(guān)，Qm＝Fs／(F2－F1)。

6. Fp：反諧振頻率，壓電振子并聯(lián)支路的諧振頻率，在這個(gè)頻率下，壓電振子的阻抗最大。

7. Zmax：反諧振阻抗，正常的情況下，一個(gè)換能器的反諧振阻抗都在幾十千歐姆以上，如果反諧振阻抗比較低，往往振子的壽命比較短。

8. 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需要用外接電感平衡，C1在系統(tǒng)工作的時(shí)候參與能量轉(zhuǎn)換，不必平衡。

9. R1：動(dòng)態(tài)電阻，壓電振子串聯(lián)支路的電阻，在相同的支撐條件下越小越好。對(duì)于清洗或焊接振子來說，如果R1太大的話，說明振子有問題。

10. Keff：有效機(jī)電耦合系數(shù)，一般來說，Keff越高，說明轉(zhuǎn)換效率越高