压电式换能器

压电式换能器是一种能够实现电能与声能之间相互转换的器件，其原理基于特定材料的压电效应和电致伸缩效应。由于其高效、大功率的特点，以及可根据具体应用灵活设计的结构和形状，压电式换能器在功率超声领域有着广泛应用。

工作原理

压电效应

压电效应是指某些单晶材料在受到外部压力作用下发生变形时，其内部晶格结构的变化会导致电荷分布的改变，从而产生极化的电场。这一过程产生的电场强度与所受压力的大小呈正比例关系。这是由居里兄弟在1880年首次发现的现象。他们还在次年发现了这些单晶材料的逆压电效应，即在外加电场的作用下，材料会产生相应的应力和应变。压电效应的本质与晶体结构的不对称性相关，其大小和性质取决于施加的压力或电场的方向相对于晶体结晶轴的角度。常见的具有压电效应的单晶材料包括天然石英（SiO2）和人工合成的硫酸锂（Li2SO4）、铌酸锂（LiNbO3）等。

电致伸缩效应

电致伸缩效应则是指某些多晶材料中存在的自发形成分子集团，即所谓的“电畴”，它们具有一定的极化倾向，并且沿着极化方向的长度通常不同于其他方向。当外部电场作用于这些材料时，电畴会旋转以使自身的极化方向与外加电场方向保持一致，导致材料在电场方向上的长度发生变化，表现出弹性应变。这种现象也被称为电致伸缩效应。同样地，这些材料在承受外部压力产生应变时，总极化强度也会随之变化，即出现电极化现象。因此，电致伸缩效应可以看作是与电极化相关的现象。

特点

压电式换能器的主要特点在于其高效的电声转换能力，尤其是接收灵敏度高。然而，由于其机械强度较低，特别是在大功率应用方面受到了一定限制。尽管如此，随着新技术的发展，已经实现了数百瓦至数千瓦级别的声辐射功率。另外，一些单晶材料易溶于水中而导致失效。

应用区别

压电换能器在一般情况下没有正负极之分，因为它们通常是通过交流电源驱动的。但在实际应用中，为了操作便利，清洗和焊接用的换能器通常将与前后盖板相连的一级视为负极。对于用于检测的换能器，如果采用金属外壳，则通常将其与压电换能器的一级相连接，作为屏蔽使用，此时也可视作负极。

参考资料

压电效应产生的原理.知了爱学.2024-11-20

【名词解释】电致伸缩.百度教育.2024-11-20

压电换能器的工作原理、特点及应用.电子发烧友.2024-11-20