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阻抗分析儀上測(cè)量出來(lái)的超聲波換能器的頻率到底選哪一個(gè)？-[安布雷拉]
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2023-12-06
阻抗分析儀上測(cè)量出來(lái)的超聲波換能器的頻率到底選哪一個(gè)？
專業(yè)知識(shí)：
一、換能器的6個(gè)諧振頻率
1.串聯(lián)諧振頻率
2.并聯(lián)諧振頻率
3.共振頻率
4.反共振頻率
5.最大導(dǎo)納頻率
6.最小導(dǎo)納頻率
在一般換能器里面，
可以把串聯(lián)諧振頻率，共振頻率，最大導(dǎo)納頻率看成一個(gè)頻率接近的點(diǎn)。就是阻抗最小的頻率點(diǎn)。
把并聯(lián)諧振頻率，反共振頻率，最小導(dǎo)納頻率看成一個(gè)頻率接近的點(diǎn)，就是阻抗最大的點(diǎn)的頻率。
提示：這里說(shuō)的是“頻率接近”的點(diǎn)，并不是說(shuō)頻率是一模一樣的。
二、換能器的阻抗
換能器的阻抗一般指的是最小阻抗。就是在諧振狀態(tài)下的等效阻抗，一般可以用阻抗分析儀測(cè)試得到。
三、換能器的電容
換能器的電容是自由電容。自由電容 = 靜態(tài)電容+動(dòng)態(tài)電容。一般可以用萬(wàn)用表測(cè)試得到。或者用阻抗分析儀測(cè)試得到。
四、換能器的Q值
Q值它是表征電或機(jī)械系統(tǒng)阻尼大小和諧振曲線尖銳程度的一個(gè)度量。 值常用來(lái)描述單諧振動(dòng)系統(tǒng)的瞬態(tài)特性。比如用一個(gè)正弦填充的脈沖（其頻率為振動(dòng)系統(tǒng)的諧振頻率）激勵(lì)時(shí)，欲使脈沖上升到穩(wěn)態(tài)值的96%時(shí)，則需要幾個(gè)周期的時(shí)間，而截止時(shí)，使脈沖下降到穩(wěn)態(tài)值4%時(shí)，也需要幾個(gè)周期的時(shí)間。
1.阻抗分析儀測(cè)量的導(dǎo)納曲線圖上，有紅色和藍(lán)色兩根線，分別代表什么意思？
答：在下面的圖片中，左邊曲線：橫坐標(biāo)-導(dǎo)納實(shí)部G，縱坐標(biāo)-導(dǎo)納虛部B；右邊曲線：紅色線-導(dǎo)納實(shí)部G，藍(lán)色線-導(dǎo)納虛部B，橫坐標(biāo)--頻率，縱坐標(biāo)-導(dǎo)納。作為判斷換能器的諧振頻率點(diǎn)選擇，是看紅色的線。紅色的線越高，代表阻抗越??；
紅色的線越低，代表阻抗越大；阻抗最大的位置也就是縱坐標(biāo)的零點(diǎn)，不會(huì)更低了。
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2.紅色線的最高峰表示啥意思？
紅色線的最高峰是串聯(lián)諧振頻率點(diǎn)，也叫做“共振頻率”。在這一點(diǎn)上，換能器的阻抗最小，用來(lái)發(fā)射，信號(hào)最強(qiáng)。在下圖中有個(gè)“諧振頻率Fs”，就是對(duì)應(yīng)這一點(diǎn)，是1980000Hz，就是1980KHz。哪些應(yīng)用會(huì)用這個(gè)點(diǎn)呢，比如：超聲波焊接，超聲波清洗這種只發(fā)射，不接收的超聲波應(yīng)用。
提示：我們的換能器出廠，不是用下圖的“諧振頻率Fs”作為換能器的頻率的。
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3.紅色線跟橫坐標(biāo)接觸的位置，也就是零點(diǎn)位置是表示啥意思？
在這個(gè)零點(diǎn)位置，是并聯(lián)諧振頻率。在這一點(diǎn)上，換能器阻抗最大，用來(lái)接收，信號(hào)最強(qiáng)。在下圖中大約是2375000Hz，就是2375KHz。哪些應(yīng)用會(huì)用這個(gè)點(diǎn)呢？比如：作為接收用的換能器，只接收不發(fā)射。
提示：這個(gè)點(diǎn)跟阻抗分析儀測(cè)量出來(lái)的“反諧振頻率Fp”不是同一個(gè)頻率。
兩者頻率有一點(diǎn)差別。
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4.換能器出廠，選擇哪個(gè)點(diǎn)作為“反諧振頻率點(diǎn)”？
換能器出廠是選擇阻抗分析儀測(cè)量出來(lái)的“反諧振頻率Fp”。
在下圖中是2180000Hz，也就是2180KHz。
提示：一般是選用阻抗分析儀測(cè)量出來(lái)的“反諧振頻率Fp”作為反諧振頻率點(diǎn)。
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5.作為換能器出廠，選擇哪個(gè)頻率點(diǎn)為諧振頻率點(diǎn)？
因?yàn)樵诂F(xiàn)有換能器中，是既發(fā)射又接收的，那么發(fā)射和接收綜合起來(lái)最強(qiáng)的點(diǎn)是在“串聯(lián)諧振頻率點(diǎn)”和“并聯(lián)諧振頻率點(diǎn)”之間的那個(gè)點(diǎn)。
這個(gè)點(diǎn)的頻率也就是
(2180000Hz-1980000Hz)÷2=100000Hz=100KHz
1980000Hz+100000Hz=2080000Hz=2180000Hz
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6.有些換能器測(cè)量出來(lái)紅色線有2個(gè)高峰，是啥意思？
在一般情況下，有單層匹配層的換能器測(cè)量出來(lái)會(huì)有電導(dǎo)極大值點(diǎn)或者說(shuō)阻抗極小值點(diǎn)。
一個(gè)是壓電陶瓷片本身的阻抗極小值點(diǎn)，另一個(gè)是匹配層的阻抗極小值點(diǎn)。
7.有2個(gè)峰的圖里面，哪個(gè)是壓電陶瓷片的？哪個(gè)是匹配層的？
根據(jù)這些年的經(jīng)驗(yàn)，如果匹配層比較薄，那么往往是最右邊的那個(gè)高峰，左邊的高峰就是陶瓷片的。
如果匹配層比較厚，那么往往是最左邊的那個(gè)高峰，右邊的高峰就是陶瓷片的。
8.有2個(gè)高峰的圖里面，出廠換能器的頻率是哪個(gè)點(diǎn)？
有2個(gè)高峰的超聲波換能器，是選擇他們中間的那個(gè)頻率點(diǎn)，作為換能器出廠的頻率。
作為產(chǎn)品使用，也是選擇這個(gè)點(diǎn)作為發(fā)射和接收用。
在下圖中，阻抗分析儀測(cè)量的頻率范圍是500KHz～1500KHz，
阻抗分析儀測(cè)量出來(lái)的諧振頻率Fs是1052800Hz，反諧振頻率Fp是1145700Hz。
因?yàn)榧t色線有兩個(gè)峰，在這里是選擇兩個(gè)峰中間的那個(gè)點(diǎn)作為換能器出廠頻率。
就是在960000Hz的位置左右。
阻抗分析儀測(cè)量出來(lái)的諧振頻率是“1052800Hz”，也就是1052KHz。出廠換能器的頻率不是按照這個(gè)來(lái)確定的。
9.圖中如果有兩個(gè)峰，阻抗分析儀測(cè)試結(jié)果中的諧振頻率Fs，是指圖中的哪個(gè)點(diǎn)？
阻抗分析儀測(cè)試結(jié)果中的“諧振頻率Fs”是圖中紅色線的最高峰。也就是常說(shuō)的“串聯(lián)諧振頻率點(diǎn)”。在圖中，就是1073840Hz，也就是1073.84KHz。
因?yàn)橛袃蓚€(gè)峰，對(duì)于阻抗分析儀來(lái)說(shuō)，它是分辨不了哪個(gè)是陶瓷片的“串聯(lián)諧振頻率點(diǎn)”，哪個(gè)是匹配層的“串聯(lián)諧振頻率點(diǎn)”。阻抗分析儀是看測(cè)量出來(lái)哪個(gè)點(diǎn)的峰高，就把這個(gè)點(diǎn)作為“諧振頻率Fs”。
10.如果僅僅用于發(fā)射，追求同樣發(fā)射功率下，發(fā)出的聲強(qiáng)最大，用哪個(gè)頻率點(diǎn)？為什么？
就用阻抗分析儀測(cè)量出來(lái)的“諧振頻率Fs”對(duì)應(yīng)的頻率。
因?yàn)樵谶@個(gè)點(diǎn)上，換能器的阻抗最小，在同樣的發(fā)射電壓，同樣的發(fā)射脈沖數(shù)量的前提下，在這個(gè)點(diǎn)發(fā)射，電能轉(zhuǎn)化為聲能的效率最高。
11.測(cè)量出來(lái)有超過(guò)2個(gè)高峰的換能器，選擇哪個(gè)點(diǎn)？
換能器型號(hào)是DYW-40/200-NA
首先要說(shuō)明一下，因?yàn)閽呙璧念l率范圍是10Khz開始，到300KHz結(jié)束，僅僅從掃描結(jié)果看，里面有多個(gè)頻率。阻抗分析儀的“諧振頻率”選擇的是紅色線最高峰對(duì)應(yīng)的頻率234692Hz。
實(shí)際上，它有多個(gè)串聯(lián)諧振頻率，分別是40KHz，94KHz，180KHz，234KHz。
在這種情況下，為了避免測(cè)量錯(cuò)誤，我們需要分段來(lái)測(cè)量換能器的頻率。
比如：10KHz～100Khz；150Khz～300KHz。
12.對(duì)于只有一個(gè)峰的情況下，換能器出廠頻率怎么選？
就是選擇“諧振頻率”和“反諧振頻率”中間的那個(gè)點(diǎn)。
計(jì)算方式：(反諧振頻率-諧振頻率)÷2+諧振頻率
在這里就是(1070KHz-980KHz)÷2+980KHz=1025KHz。
提示：在實(shí)際使用中，并不是正好是“正中間”也就是50%處那個(gè)頻率，多少會(huì)有一點(diǎn)偏差。
13.以下是阻抗分析儀測(cè)量出來(lái)的結(jié)果，請(qǐng)確定他們出廠的頻率是多少？
14.以下是阻抗分析儀測(cè)量出來(lái)的結(jié)果，請(qǐng)確定他們出廠的頻率是多少？
15.以下是阻抗分析儀測(cè)量出來(lái)的結(jié)果，請(qǐng)確定他們出廠的頻率是多少？
16.以下是阻抗分析儀測(cè)量出來(lái)的結(jié)果，請(qǐng)確定他們出廠的頻率是多少？
17.以下是阻抗分析儀測(cè)量出來(lái)的結(jié)果，請(qǐng)確定他們出廠的頻率是多少？
18.以下是阻抗分析儀測(cè)量出來(lái)的結(jié)果，請(qǐng)確定他們出廠的頻率是多少？
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26.以下是阻抗分析儀測(cè)量出來(lái)的結(jié)果，請(qǐng)確定他們出廠的頻率是多少？
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