超声波换能器是一种能量转换器件，其作用是将电能转换为超声波的机械振动能。它是超声波发生器的重要组成部分，主要用于产生和发射超声波。
超声波换能器通常由压电陶瓷、匹配层、外壳、导线和接收器等组成。其中，压电陶瓷是换能器的核心部分，它利用压电效应将电能转换为机械振动能。当在压电陶瓷上施加交变电压时，它会发生形变并产生机械振动，这些振动进而产生超声波并向周围介质传播。
超声波换能器的主要性能指标包括工作频率、系统组件等。其中，工作频率是指压电晶片的谐振频率，当加在其两端的交流电压的频率等于芯片的谐振频率时，输出能量最高，灵敏度最高。系统组件则包括发送换能器、接收换能器、控制部分和电源部分等，它们共同协作以实现超声波的发射和接收。
换能器
如下图所示，超声波换能器由压电陶瓷、声学匹配层和阻尼层组成。压电陶瓷的主要成分是钛酸锆铅（PZT），两侧涂有导电层。通过施加高频交变电压，压电陶瓷可以通过反向压电效应（电能到机械能的转换）产生高频振动。高频振动是声波的一种。如果该声波的频率大于20kHz，那就是超声波振动。相反，超声波可以通过使用压电陶瓷的正压电效应（机械能到电能）来接收。
在半波谐振组件中，两个压电元件位于最大应力点附近。因为这些元件是预极化的，所以它们可以被布置为使得它们在机械上是辅助的，但是在电气上是相对的。此功能使两个端块都处于接地电位。组件通过高强度螺栓夹紧在一起，以确保陶瓷在传感器最大位移时处于压缩状态。以这种方式构造的换能器可以具有98％的潜在效率，并且在以连续操作方式使用时，可以处理500-1000 W左右的功率传输。当以20 kHz的频率工作时，换能器辐射面的最大峰峰位移约为15-20微米。
压电陶瓷
在现代换能器中，通常使用的压电材料是压电陶瓷。 可以证明，压电陶瓷提供最高的机电转换和效率，并且总的来说，对于高功率超声换能器具有最有利的特性。
压电陶瓷是构成随机定向的铁电微晶团块的材料，它们通常源自几种氧化物的固态反应，然后进行高温烧成。烧制后，陶瓷是各向同性的，并且是非压电的，这是由于畴（每个微晶内电偶极子具有共同取向的区域）的随机取向和结构所致。可以通过极化处理将陶瓷材料制成压电材料，该极化处理包括在选定的方向上施加高电场，以将微晶的极轴切换到对称性允许的那些方向，即最接近电场强度。
去除极化场后，偶极子将无法轻易返回其原始位置，并且陶瓷现在将具有永久极化状态，并且只要其幅度保持在远低于所需强度的水平，它将对施加的电场或机械压力做出线性响应。切换极轴。因此，对于这些材料，必须进行极化处理，尽管很明显，不可能像单晶那样在场上实现完美的偶极对准。测得的极化值可以很好地指示出所测得的偏振态。
超声波换能器广泛应用于各种领域，如超声波塑料焊接机、超声波金属焊接机、超声波清洗机、气相机、三氯机等。此外，在雷达和声纳系统中，超声波换能器也被用于实现信号的转换和传输。
