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超音波トランスデューサの回路設計原理

ビュー: 1     著者: サイト編集者 公開時刻: 2019-04-23 起源: サイト

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超音波トランスデューサは、超音波を発生させるために必要なエネルギー変換素子であり、超音波の電磁振動のエネルギーを音波に変換する。ホーントランスデューサとも呼ばれる超音波トランスデューサで、軽量、小型、高エネルギーが特徴です。図中、1は金属製フロントカバー、2は電極線、3は圧電セラミック板、4は金属製リアカバー、5は仮組みネジである。


隣り合う2枚の圧電セラミックシートはそれぞれ逆方向に分極されており、ウェハの枚数は偶数であるため、表裏の金属カバープレートは同極の電極に接続されており、そうでない場合には、表裏のカバープレートとウェハとの間に絶縁ガスケットが介在している。通常、2 枚のウェハの間には、はんだ付け電極リードとして薄い真鍮片 (厚さ 0.1 mm 未満) がウェハと金属カバーの間に挟まれています。ウェーハ、電極銅、金属サポート、金属製のフロントカバーとリアカバーが強く使用されています。接着されたプレストレストねじは、エポキシの硬化前または硬化後に締めることができます。圧電セラミックスの圧縮応力は圧縮応力よりもはるかに大きいため、また、大振幅での延伸段階では接合層も簡単に破壊されるため、ウェハと振動子の接着部分を加圧するために事前に追加されたネジが使用されます。デバイスの安全な動作を確保するため。適用するプレストレスの量は適切に制御する必要があります。将来的には、コンパクトな取り付けには、ディスク状のスプリングワッシャーと、プレストレストネジとカバーの間にワッシャーが必要になります。また、プレストレストネジは共振周波数への影響が少なく、電気音響変換効率は変化しません。最大パワーは、 吸収と増幅が可能な超音波洗浄器の振動子 であり、振動子の主な機能は次のとおりです。


1、バイブレーター


圧電セラミックス材料は 電気音響変換素子と呼ばれます。 1/2波長発振器の場合、振動すると両端の振幅が最も大きくなり、中央に振動速度がゼロの部分があり、そこが節面となり、節面の位置によりバックカバーとウェハ積層体の密度、音響接続、サイズが異なります。振動子を固定し、トランスデューサ全体の構造を考慮するため、セクションプレートはセクション位置に配置されます。超音波電圧が振動子の固有周波数と等しい場合、振動子の電極に印加され、振動子は電圧の振幅に比例して振動し、2枚の金属カバープレートの縦方向の動きが押されて超音波エネルギーが伝播します。


2、前後スピードカバー


金属製のフロントカバーは硬質アルミニウムやマグネシウム合金などの軽金属で形成され、リアカバーはスチールや真鍮などの重金属で形成されており、フロントカバーの方がリアカバーよりもはるかに大きな変位を生じさせることができる。運動量保存則とトランスデューサの動作原理によれば、セクションプレートの両側の運動量は等しく、方向が逆であり、運動速度は密度に反比例することがわかります。フロントカバーにアルミ、リアカバーにスチールを使用しており、排気量比は約3対1となっております。この場合、軽金属の表面変位が大きく、振動子に蓄えられた振動エネルギーの大部分を放射することができます。軽金属製のフロントカバーは、超音波エネルギーを指向的に伝達しやすくするため、硬質アルミニウム(比重27)と水(比重1)に合わせてフレア状に設計されています。


超音波発生器は、超音波周波数の電子発振器です。発振器から発生する超音波周波数を振動子に加えると、 超音波トランスデューサーのピエゾリングトランスデューサーで は、圧電セラミック素子が電場の作用下で縦振動を生成します。圧電素子が超音波振動すると、振幅が1~10~20μm程度の小さなピストンのように見えますが、この振動の加速度は重力加速度の10~103倍と非常に大きく、電磁振動エネルギーが振動エネルギーに変換され、この巨大な超音波エネルギーが特定の方向に伝わります。


3、超音波発振器(駆動回路)


超音波トランスデューサは、超音波エネルギーを超音波エネルギーに変換する必要があり、超音波発振器を備えている必要があります。または、超音波信号発生回路は、自励発振器、他の発振器、自己追跡位相ロックループから構成できます。発振回路などは部品の用途からバイポーラトランジスタ振動回路などに分けられます。


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