Загальні застосування ультразвукових перетворювачів

Функція ультразвукового перетворювача полягає в тому, щоб перетворювати вхідну електричну потужність у механічну (тобто ультразвукові хвилі), а потім передавати її назовні, споживаючи невелику частину самої потужності.

Ультразвукові перетворювачі широко використовуються, і вони поділяються на промисловість, сільське господарство, транспорт, побут, медичне обслуговування та військові відповідно до галузей застосування. Відповідно до реалізованих функцій він поділяється на ультразвукову обробку, ультразвукове очищення, ультразвукове виявлення, виявлення, моніторинг, телеметрію, дистанційне керування тощо; за робочим середовищем поділяють на рідину, газ, живе тіло та ін.; відповідно до природи він поділяється на потужний ультразвуковий, ультразвуковий виявлення, ультразвукове зображення тощо.

1. П'єзоелектричний керамічний трансформатор

П'єзоелектричні керамічні трансформатори використовують п'єзоелектричний ефект п'єзоелектричного тіла після поляризації для досягнення вихідної напруги. Вхідна частина керується синусоїдальним сигналом напруги, і вона вібрує через зворотний п'єзоелектричний ефект. Вібраційна хвиля механічно пов’язана з вихідною частиною через вхідну та вихідну частини, а вихідна частина генерує електричний заряд через позитивний п’єзоелектричний ефект для реалізації електричної енергії п’єзоелектричного тіла. - Два перетворення механічної енергії в електричну для отримання найбільшої вихідної напруги на резонансній частоті п'єзоелектричного трансформатора. У порівнянні з електромагнітними трансформаторами, це має такі переваги, як малий розмір, легка вага, висока питома потужність, висока ефективність, стійкість до пробою, стійкість до високих температур, не боїться горіння, відсутність електромагнітних перешкод і електромагнітного шуму, а також проста структура, легка у виготовленні, простий у масовому виробництві, в деяких областях стають ідеальними компонентами для заміни електромагнітних трансформаторів та інші переваги. Такі трансформатори використовуються в комутаційних перетворювачах, ноутбуках, драйверах неонових ламп тощо.

2. Ультразвуковий двигун

Ультразвуковий двигун використовує статор як перетворювач, використовує зворотний п’єзоелектричний ефект п’єзоелектричного кристала, щоб змусити статор двигуна вібрувати на ультразвуковій частоті, а потім передає енергію за допомогою тертя між статором і ротором, щоб привести ротор до обертання. Ультразвукові двигуни мають невеликий розмір, великий крутний момент, високу роздільну здатність, просту структуру, прямий привід, відсутність гальмівного механізму та підшипникового механізму. Ці переваги сприяють мініатюризації пристрою. Ультразвукові двигуни широко використовуються в оптичних приладах, лазерах, напівпровідниковій мікроелектроніці, точних машинах і приладах, робототехніці, медицині та біоінженерії.

3. Ультразвукова чистка

Механізм ультразвукового очищення полягає у використанні фізичних ефектів кавітації, радіаційного тиску, звукового потоку тощо, коли ультразвукова хвиля поширюється в мийному розчині, для механічного видалення бруду з частин для чищення, і в той же час це може сприяти утворенню хімічних речовин між миючим розчином і брудом. реакція для досягнення мети очищення об'єкта. Частота, яка використовується ультразвуковою очисною машиною, може бути обрана від 10 до 500 кГц відповідно до розміру та призначення об’єкта очищення, зазвичай від 20 до 50 кГц. Зі збільшенням частоти ультразвукового перетворювача можна використовувати осцилятор Ланжевена, поздовжній осцилятор, осцилятор товщини тощо. З точки зору мініатюризації, існують також радіальна вібрація та вібрація вигину пластинчастого вібратора. Ультразвукове очищення все частіше використовується в різних галузях промисловості, сільському господарстві, побутовому обладнанні, електроніці, автомобілебудуванні, гумі, поліграфії, авіації, харчовій промисловості, лікарнях та медичних дослідженнях.

4. Ультразвукове зварювання

Ультразвукове зварювання можна розділити на дві категорії: ультразвукове зварювання металу та ультразвукове зварювання пластмас. Серед них широко використовується технологія ультразвукового зварювання пластмас. Він використовує ультразвукову вібрацію, створювану перетворювачем, для передачі енергії ультразвукової вібрації в зону зварювання через верхню зварну частину. Завдяки великому акустичному опору в зоні зварювання, тобто на стику двох зварних деталей, утворюється локальна висока температура для плавлення пластику, і зварювальні роботи завершуються під дією контактного тиску. Ультразвукове зварювання пластику може полегшити зварювання деталей, які неможливо зварити іншими методами зварювання. Крім того, він також заощаджує дорогу плату за форму пластикових виробів, скорочує час обробки, покращує ефективність виробництва та має характеристики економічності, швидкості та надійності.

5. Ультразвукова обробка

Тонкий абразив наноситься на деталь із певним статичним тиском разом із ультразвуковим обробним інструментом, і можна обробити ту саму форму, що й інструмент. Під час обробки перетворювач повинен генерувати амплітуду від 15 до 40 мікрон на частоті від 15 до 40 кГц. Ультразвуковий інструмент змушує абразив на поверхню заготовки безперервно впливати зі значною силою удару, руйнуючи частину ультразвукового випромінювання та розбиваючи матеріал для досягнення мети видалення матеріалу. Ультразвукова обробка в основному використовується для обробки крихких і твердих матеріалів, таких як дорогоцінні камені, нефрит, мармур, агат і цементований карбід, а також для обробки отворів спеціальної форми, тонких і глибоких отворів. Крім того, додавання ультразвукових перетворювачів до звичайних ріжучих інструментів також може зіграти роль у підвищенні точності та ефективності.

6. Ультразвукове схуднення

Використовуючи ефект кавітації та мікромеханічну вібрацію ультразвукового перетворювача, зайві жирові клітини під епідермісом людини розбиваються, емульгуються та виводяться з тіла, щоб досягти мети схуднення та формування форми. Це нова технологія, розроблена на міжнародному рівні в 1990-х роках. Італієць Цоккі вперше застосував ультразвукове видалення жиру в ліжку і досяг успіху, створивши прецедент пластичної хірургії та краси. Ультразвукова технологія видалення жиру швидко розвивається вдома та за кордоном.

7. Ультразвукове розведення

Відповідна частота та інтенсивність ультразвукового опромінення насіння рослин може підвищити швидкість проростання насіння, зменшити швидкість гниття цвілі, сприяти росту насіння та покращити швидкість росту рослин. Згідно з інформацією, ультразвук може збільшити швидкість росту деяких насіння рослин у 2-3 рази.

8. Електронний сфігмоманометр

Ультразвуковий перетворювач використовується для отримання тиску в кровоносній судині. Коли балон стискається та притискається до кровоносної судини, ультразвуковий перетворювач не відчуває тиску кровоносної судини, оскільки прикладений тиск перевищує тиск розширення судин. Коли тиск у кровоносній судині знижується до певного значення, тиск двох досягає рівноваги. У цей час ультразвуковий перетворювач може відчути тиск у кровоносній судині, який є систолічним тиском серця. значення артеріального тиску. Електронний сфігмоманометр дозволяє знизити трудомісткість медичного персоналу за рахунок відмови від стетоскопа.

9. Телеметрія та дистанційне керування

У токсичних, радіоактивних та інших агресивних середовищах люди не можуть працювати поблизу, і їм потрібно керувати дистанційно; електричні вимикачі, такі як телевізори, вентилятори та освітлення, потребують дистанційного керування, а ультразвукові перетворювачі можна встановити для передачі ультразвукових хвиль із віддаленого місця. Приймальний перетворювач у системі керування перетворює звуковий сигнал в електричний, щоб спрацювати перемикач.

10. Моніторинг руху

В умовах сучасного дорожнього руху дуже необхідний автоматичний моніторинг проїзду та підрахунок транспортних засобів, щоб зрозуміти роботу транспортних засобів. Наприклад, станція спостереження за дорожнім рухом встановлює ультразвуковий перетворювач і його допоміжне обладнання як для приймача, так і для передачі. Коли транспортний засіб проїжджає, повертається звуковий імпульс, і кількість транспортних засобів за день можна отримати шляхом підрахунку та накопичення. У задній частині автомобіля встановлено датчик подвійного призначення, щоб запобігти зіткненню заднім ходом. Встановлення приймального п'єзоелектричного ультразвукового перетворювача на дорозі також може контролювати коефіцієнт шуму.

11. Ранжування

Ультразвуковий вимірювальний прилад ще називають звуковою лінійкою. Він вимірює часовий інтервал імпульсу через перетворювач подвійного призначення. Звукова лінійка може вимірювати відстань в межах 10 м, а точність може досягати кількох тисячних.

12. Виявлення витоку та виявлення газу

У напірній системі при витоку шум струменя спричинений різницею тиску між внутрішньою та зовнішньою сторонами резервуара під тиском. Цей спектр шуму надзвичайно широкий. Для систем без тиску джерело ультразвуку може бути розміщено в закритій системі та отримувати його ззовні. Як правило, амплітуда сигналу, виміряна за відсутності витоку, дуже мала або відсутня, і амплітуда сигналу має тенденцію до раптового збільшення в точці витоку. Виявлення потоку газу також є одним із важливих засобів у хімічній промисловості. Існують різні підсилення для виявлення потоку, такі як ротаметри тощо. Але головною перевагою використання ультразвукового перетворювача є те, що він не перешкоджає потоку рідини.

13. Збір інформації

Щоб реалізувати такі функції, як вільне пересування в просторі та розпізнавання об’єктів, розумним роботам потрібно не лише використовувати ультразвукові перетворювачі для вимірювання відстані та керування незрячими, а й розпізнавати зображення. Таким чином, невеликі масиви ультразвукових перетворювачів потрібні для досягнення багатьох функцій, і цей аспект стане важливою темою дослідження, що привабить багатьох вчених, щоб прагнути до цього.