一、简介

 超声波换能器频率阻抗分析仪是由杭州谷邦超声科技有限公司研制开发的，主要用于压电器件和设备的检测，是对压电器件和设备进行测量和分析的综合性解决方案，可以既快又方便地评估和测试压电器件的参数特性。

    换能器特性分析仪是根据超声设备生产过程中一些无法直观看到的，但对产品质量却有重要影响的技术指标，进行测量的一种可取代进口仪器的一种设备。他的特点是：易用、指标和图形相结合、参数准确、价格低廉、对生产的可指导性非常强等。

换能器特性分析仪主要适用对象为各类超声器件换能器特性特性的测量，包括：压电陶瓷、换能器、超声清洗机、超声塑焊机、水声、磁致伸缩材料、超声粉碎机、超声雾化、*、倒车雷达、超声测距、超声乳化、超声除垢、超声马达、超声波流量计等等所有使用超声的设备。

对压电器件的进行换能器特性测量是正确使用器件的前提条件。对于压电器件，通过换能器特性分析仪可以得到其主要参数，包括：谐振频率Fs、反谐振频率Fp、半功率点F1 与 F2、大导纳Gmax、静电容C0、动态电抗R1、动态电容C1、动态电感L1、自由电容CT、自由介电常数、机械品质因素Qm、机电耦合系数Keff、Kp、K31、K33 等，并可以绘制压电器件的五种特性曲线（导纳特性图、换能器特性特性图、导纳极坐标图、换能器特性极坐标图、对数坐标图）。

二、产品介绍

超声波换能器频率阻抗分析仪外观图（平板电脑为非产品标配）：

计算机操作界面图：

三．换能器特性分析仪传统测量方法对比

    换能器特性分析仪应用于超声工业，是为了替代传统的、落后的传输线测量方法，传输线法就是使用信号发生器、频率计、毫伏表等工具，进行手动测量的方法。

传统的传输线测量方法与换能器特性分析仪相比，是一种极为落后的生产方法，我们可以做个对比：

四. 测量图形与参数简介

换能器特性分析仪可以测量以下参数：

1） 谐振频率 Fs：压电振子等效电路中串联支路的谐振频率，在这个频率下，压电振子的换能器特性小。如下图标为“Fs”处的频率值。

2）大电导Gmax：压电振子谐振时的导纳值的实部，即“Fs”处的导纳实部。

       导纳原图                            对数坐标图                     等效电路图

3）半功率点F₁ 与F₂： 从导纳圆上看，导纳实部等于 Gmax／2 处的频率，这样的频率有两个，大于Fs 的为F₂，小于Fs 的为F₁，如图上标为“F₁”和“F₂”处的频率值。

4）反谐振频率Fp：压电振子并联支路的谐振频率，在这个频率下，压电振子的换能器特性大。如图上标为“Fp”处的频率值。

5）机械品质因数Qm：计算公式为，其中Fs 为谐振频率，F₁、F₂ 为半功率点。或者，其中R₁ 为动态电阻，L₁ 为动态电感，C₁为动态电容。这两个公式计算结果*相同。

6）自由电容C_T： 压电器件在 1kHz 频率下的电容值。此值和数字电桥测得的值是一致的。

7）动态电阻R₁：即为图中压电振子串联支路的电阻。计算公式为：R₁＝1/Gmax，其中Gmax 为大导纳。

8）动态电感L₁：即为图中压电振子串联支路的电感。计算公式为：，其中R1 为动态电阻，F₁、F₂ 为半功率点。

9）动态电容C₁：即为图中压电振子串联支路的电容。计算公式为：，其中Fs 为谐振频率，L₁ 为动态电感。

10）静态电容C₀：计算公式为C₀＝C_T－C₁，其中C_T 为自由电容，C₁ 为动态电容。

注：静态电容也可以根据导纳圆圆心和电导轴（G 轴）的偏移距离来计算。但是在实际应用中，一般都采用公式C₀＝C_T－C₁，因此这里也采用

C₀＝C_TC₁作为静电容的计算公式。

11）有效机电耦合系数Keff：Keff 定义为无负载的压电振子在机械谐振时，贮存的机械能与贮存的全部能量比值的平方根。其计算公式为：

12）平面机电耦合系数Kp：这个参数仅用于压电陶瓷片，它反映的是薄圆片沿厚度方向极化和电激励，作径向伸缩振动时，有关其机电耦合效应的参数。计算公式可以在软件中选择。

13）自由介电常数：这个参数仅适用于压电陶瓷片，计算公式为；，其中C_T 为自由电容，单位是pF；t 为薄圆片厚度，单位是cm；D 为薄圆片直径，单位是cm。换能器特性分析仪可以提供以下坐标特性图：

1）导纳坐标系GBF 坐标曲线：

左边曲线：横坐标——导纳实部 G、纵坐标——导纳虚部B

右边曲线：红色——导纳实部G、蓝色——导纳虚部B、纵坐标——频率

2）换能器特性坐标系RXF 坐标曲线：

左边曲线：横坐标——换能器特性实部 R、纵坐标——换能器特性虚部X

右边曲线：红色——换能器特性实部R、蓝色——换能器特性虚部X、纵坐标——频率

3）换能器特性极坐标系ZθF 坐标曲线：

红色——换能器特性模|Z|、蓝色——换能器特性相位、纵坐标——频率

4）导纳极坐标系YθF 坐标曲线：

红色——导纳模|Y|、蓝色——导纳相位、纵坐标——频率

5）对数坐标系：

左边曲线：横坐标——导纳实部 G、纵坐标——导纳虚部B

右边曲线：红色——换能器特性模的对数Lg|Z|、蓝色——换能器特性相位、纵坐标——频率

五. 换能器特性分析仪如何指导生产？

    通常来讲，评定一个振子或振动系统的性能优劣，需要从参数和导纳曲线图两方面进行分析。

    具体到不同功能用途的超声波器件，其测试方法及判断标准又有所不同。比如：功率*、收发一体式检测超声、收发分开式检测超声、压电陶瓷，他们的测试判别方法及标准往往*不同。

产品应用情况

    2003 年厦门召开的中国声学学会功率超声分会上，清华大学自动化系推出“压电换能器特性分析系统”，至今已经有包括大学、研究所和生产企业在内的200 多家用户使用本换能器特性分析仪产品，其中包括中国台湾、香港、德国的企业。

    在这次会议上，经中国声学学会功率超声会议学术委员会评审，本换能器特性分析仪的相关论文《压电换能器特性分析系统的研制与应用》被评为优秀论文。

    换能器特性分析仪可以运用于很多需要用到超声波的行业：超声塑焊机、超声清洗机、*生产、超声电加工、水声、超声传感器、压电陶瓷生产、倒车雷达、各类科研超声、*、超声变幅杆生产、超声焊头设计、超声搅拌、超声乳化等等所有需要用到超声波的行业。

使用换能器特性分析仪可以给公司带来很多方面的效益，例如：

1）．明显提高产品品质，因为换能器特性分析仪的图形能否发现超声器件内部不很明显的缺陷，可以用于公司的来料检测、生产指导。

2）．测量速度快，如需测量大量的器件，可以*地减少人力成本。

3）．公司的生产过程很容易进行标准化，公司的技术也更稳定。

换能器特性分析仪与进口的换能器特性分析仪相比有什么区

别

    进口的换能器特性分析仪 Agilent4294 的价格在35 万人民币左右，高昂的价格限制了它在国内工业界的应用，国内仅有很少的企业和研究所拥有进口设备。

与安捷伦 4294A 相比，我们有很多方面的优势。除了成本之外，还有专门针对超声应用设计的软件，使其在应用中比进口仪器方便、简单，不需要专业人员操作，可以计算更多的参数。

国内许多生产厂用我们的产品取代安捷伦 4294A，包括中科院声学所，清华大学、杭州瑞利超声、番禺奥迪威，它们的检测指标*相同，而且还具有成本低、操作简便，软件界面友好等特点。

十．产品在使用上对工人有没有什么要求？

对工人的素质几乎没有要求，软件采用了简洁式的设计，只需要按一个键就可以得到结果。

用户可以存贮、打印任何图形，还可以将参数保存为计算机Excel 表格，*地提高了用户使用方便程度，用户还可以自己定制合格条件，软件可以自动判断合格。