當(dāng)超聲波與電能聯(lián)手

江蘇省金湖縣實(shí)驗(yàn)中學(xué)華慶富

當(dāng)超聲波與電能聯(lián)手

江蘇省金湖縣實(shí)驗(yàn)中學(xué)華慶富

電聲轉(zhuǎn)換器是把聲能轉(zhuǎn)換成電能或電能轉(zhuǎn)換成聲能的器件，電聲工程中的傳聲器、揚(yáng)聲器和耳機(jī)是最典型的使電能、聲能之間相互變換的器件。這些器件統(tǒng)稱(chēng)為電聲轉(zhuǎn)換器，亦稱(chēng)電聲換能器。

廣義的電聲應(yīng)用的頻率范圍很寬，包括次聲、可聽(tīng)聲、超聲換能器。屬于可聽(tīng)聲頻率范圍內(nèi)的電聲換能器有傳聲器、揚(yáng)聲器、送受話器、助聽(tīng)器等等。按照換能方式，它們又可以分成電動(dòng)式、靜電式、壓電式、電磁式、碳粒式、離子式和調(diào)制氣流式等。其中后三種是不可逆的，碳粒式只能把聲能變成電能，離子式和調(diào)制氣流式只能產(chǎn)生聲能。其他類(lèi)型的換能器則是可逆的，既可用作聲接收器，也可用作聲發(fā)射器。

超聲波換能器屬于電聲轉(zhuǎn)換器中的一種，也是目前應(yīng)用較為廣泛的一類(lèi)電聲轉(zhuǎn)換器。它的功能是將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率（即超聲波）再傳遞出去，而自身消耗很少的一部分功率。

超聲波換能器的應(yīng)用十分廣泛，按照應(yīng)用的行業(yè)可分為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、生活、醫(yī)療及軍事等。按照實(shí)現(xiàn)的功能可分為超聲波加工、超聲波清洗、超聲波探測(cè)、檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、遙測(cè)、遙控等；按工作環(huán)境可分為液體、氣體、生物體等；按性質(zhì)可分為功率超聲波、檢測(cè)超聲波、超聲波成像等。具體來(lái)說(shuō)，主要的應(yīng)用可舉例如下：

1.壓電陶瓷變壓器：壓電陶瓷變壓器是利用壓電效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓輸出的。與電磁變壓器相比，它具有體積小、質(zhì)量輕、功率密度高、效率高、耐擊穿、耐高溫、不怕燃燒、無(wú)電磁干擾和電磁噪聲等特點(diǎn)，且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于制作、易批量生產(chǎn)，在某些領(lǐng)域已成為電磁變壓器的理想替代元件。此類(lèi)變壓器可用于開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器、筆記本電腦、氖燈驅(qū)動(dòng)器等。

2.超聲波電動(dòng)機(jī)：超聲波電動(dòng)機(jī)是把定子作為換能器，利用壓電晶體的逆壓電效應(yīng)讓電動(dòng)機(jī)定子處于超聲波頻率的振動(dòng)，然后靠定子和轉(zhuǎn)子間的摩擦力來(lái)傳遞能量，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。超聲波電動(dòng)機(jī)體積小、分辨率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、直接驅(qū)動(dòng)、無(wú)制動(dòng)機(jī)構(gòu)、無(wú)軸承機(jī)構(gòu)，這些優(yōu)點(diǎn)有益于裝置的小型化。超聲波電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于光學(xué)儀器、半導(dǎo)體微電子工藝、精密機(jī)械與儀器、機(jī)器人、醫(yī)學(xué)與生物工程領(lǐng)域。

3.電子血壓計(jì)：利用超聲波換能器接收血管的壓力，當(dāng)氣囊加壓緊壓血管時(shí)，因外加壓力高于血管舒張壓力，超聲波換能器感受不到血管的壓力；而當(dāng)氣囊逐漸泄氣，超聲波換能器對(duì)血管的壓力隨之減小到某一數(shù)值時(shí)，二者的壓力達(dá)到平衡，此時(shí)超聲波換能器就能感受到血管的壓力，該壓力即為心臟的收縮壓，通過(guò)放大器發(fā)出指示信號(hào)，給出血壓值。電子血壓計(jì)由于取消了聽(tīng)診器，可減輕醫(yī)務(wù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。