超聲波塑料焊接機換能器的研究方法

換能器的內部電路系統(tǒng)，通常包含一個電容C0或一個電感L0的儲能元件，當換能器處在發(fā)射狀態(tài)時，從發(fā)射機的輸出級送來一個電振蕩信號，使其儲能元件的電場或磁場發(fā)生變化，而借助電場或磁場的某種“力效應”，產生了一個對換能器的機械振動系統(tǒng)的推動力，使之進人振動狀態(tài)，從而向負載介質中輻射出聲波信號，這就是發(fā)射聲信號的全部過程。

當換能器處在接收狀態(tài)時，其能量的轉換過程與上相反，首先是聲場的信號—聲壓作用在換能器的振動面上，使其機械振動系統(tǒng)進入振動狀態(tài)，此H寸就引起換能器的電路儲能元件的電場或磁場發(fā)生相應的變化，借助于系統(tǒng)的某種“電效應”，就在其電路系統(tǒng)中產生一個相應于聲信號的電動勢或電流，這就是接收聲信號的傘部過程。

由上述可知，超聲換能器包含了電路系統(tǒng)、機械振動系統(tǒng)和聲學系統(tǒng)，并且三者在換能器工作時，有機地結合在一起成為一個統(tǒng)一的整體．這樣就決定了對它的研究方法是融合了電子學、力學、聲學等諸方面的研究方法，并且通過電一力一聲類比，使三者能夠用統(tǒng)一的等效機電圖和等效方程式，方便地對其進行深入的研究。

對應電子學的研究方法，例如電的耦合網絡、傳輸線、等效圖和等效方程式，在超聲換能器中就有機電耦合網絡、機械傳輸線、機電等效圖和機電等效方程式等．實際上超聲換能器就是一個機電耦合網絡。
超聲換能器中的電聲能量互換均是借助于電場或磁場的物理效應來實現的，而且不論是哪種類型的換能器，這種效應都包括兩個方面：一個是力效應，把作用在換能器電路系統(tǒng)中的電流或電壓轉換為作用在機械振動系統(tǒng)的推動力的物理效應，即實現把電學量（電流、電壓）轉換為力學量（振速或力）的效應，例如電動力效應；另一個是電效應，把作用在換能器機械振動系統(tǒng)上的力或振速轉換為電路系統(tǒng)中的應電勢或應電流的物理效應，即實現把力學量（或聲學量）轉換為電學量的效應，如電磁感應等．所以根據各種換能器的“力效應”和“電效應”，我們就能得到它們的機電參量轉換關系式（也叫機電相關方程式），這是分析研究換能器首先應建立的一組關系式。

另外，為了確定換能器的工作狀態(tài)，還需求出它的機械振動系統(tǒng)的狀態(tài)方程式和電路系統(tǒng)狀態(tài)方程式．當這些關系式都確立之后，換能器的工作狀態(tài)也就完全確定了．換能器機械系統(tǒng)的狀態(tài)方程式（簡稱為機械振動方程）是換能器處于工作狀態(tài)時，描述其機械振動系統(tǒng)的力與振速的關系式，也就是說該方程式是描寫機械系統(tǒng)振動特性的；而電路系統(tǒng)的狀態(tài)方程式（簡稱電路狀態(tài)方程式）是描述電路系統(tǒng)振動特性的，即具體描述電路系統(tǒng)中的信號電壓與信號電流間的關系，由于換能器的機械系統(tǒng)和電路系統(tǒng)是相互耦合的，所以機械系統(tǒng)的振動會影響到電路的特性，而電路的變化也會影響到機械系統(tǒng)的振動，因此我們總是利用這些方程組來分析討論換能器的工作特性。

由上述換能器的三組基本關系式，可以對應地做出換能器三種形式的等效圖，第一種是等效機械圖，即將換能器等效為一個純機械系統(tǒng)的等效圖；第二種是把機械的元件和參量，通過機電轉換化為電路的元件和參量，即把一個換能器等效為一個純電路系統(tǒng)，稱此為等效電路圖；第三種稱為等效機電圖，是同時包含電路和機械的等效圖，利用這些等效圖可以方便地求出若干換能器的重要性能指標。
上面只簡略地談廠對換能器的分析研究方法，至于如何推導三組基本方程、建立等效圖和計算換能器的一系列的工作特性指標，將在以后詳細討論。
前面已經提到換能器本身是一個機電耦合網絡，為了更好地理解它，我們可把它同變壓器的若干方面做一簡要的比較。

一般說來，換能器總是要求被在相同頻率下進行能量互換，而變壓器也是在同～頻率下實現低壓電振蕩能與高壓電振蕩能之間互換的，兩者的不同之處在于，變壓器是通過磁耦合來實現電振蕩能的互換，而換能器是通過機電耦合系統(tǒng)來實現機電聲能量互換．

描述變壓器能量傳輸時，有三個關系式：①初級電路關系式；②次級電路關系式；③初級與次級間的轉換關系式．如前所述，在研究換能器的能量轉換與傳輸時也需要三組基本方程式：①機械振動方程式；②電路狀態(tài)方程式；③機電轉換關系式，另外在研究變壓器時常把初級元件反映到次級一邊建立次級等效電路圖或把次級元件反映到初級建立初級的等效電路圖，這與超聲換能器的“等效機械圖”、“等效電路圖”也是相對應的。