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超聲波換能器是一種能將電能轉化為機械振動能量或者將機械振動能量轉化為電能的裝置。其工作原理基于諧振頻率和壓電效應。下面是對超聲波換能器的工作原理的詳細介紹。
超聲波換能器通常由一個壓電陶瓷材料和兩個電極組成。這個壓電陶瓷材料是一個特殊的材料，具有壓電效應，也就是在外加電場下會產生機械應變，反過來，當對它施加機械應變時也會產生電荷。
當交變電壓施加在超聲波換能器的電極上時，電壓施加到壓電陶瓷材料上，其中一個電極上的電壓是正的，另一個電極上的電壓是負的。因為電極上的電壓是交變的，所以壓電陶瓷材料內部會產生機械應力和應變。這種應力和應變會導致陶瓷材料發生形變，即機械振動。
當外加電場改變方向時，振動方向也會改變。這種振動的頻率與外加電壓的頻率相同。當超聲波換能器的諧振頻率與外加電壓的頻率相匹配時，振動幅度將達到較大值。因此，諧振頻率是超聲波換能器的重要參數。
當超聲波換能器的一側暴露在液體或固體介質中時，振動被傳遞到介質中，形成一種被稱為超聲波的波動。這是因為振動引起介質分子的相對位移，這種相對位移以波動形式傳播。
當外加電壓停止時，超聲波換能器產生的振動也會停止。此時，如果超聲波換能器暴露在液體或固體介質中，介質中的超聲波也會被傳遞回超聲波換能器。超聲波將會引起超聲波換能器內部的機械應變，產生電荷。這個電荷可以通過電極輸出，并被測量和記錄。
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