为什么在实验过程中改变l时,压电陶瓷换能器

压电陶瓷片是有固有频率的，它是由外形尺寸（圆形的是直径）决定。但是在固有频率的一定范围内，其发声音调是由驱动它的信号频率决定的。只要改变在此范围内的音频振荡器的频率就能改变基音调，如NE555等。因为压电陶瓷片的阻抗较高，驱动电压也较高，因此，通常要加一个音频升压变压器。

本实验采用压电陶瓷换能器来实现声压和电压之间的转换。它主要由压电陶瓷环片、轻金属铅（做成喇叭形状，增加辐射面积）和重金属（如铁）组成。压电陶瓷片由多晶体结构的压电材料锆钛酸铅制成。在压电陶瓷片的两个底面加上正弦交变电压，它就会按正弦规律发生纵向伸缩，从而发出超声波。同样压电陶瓷可以在声压的作用下把声波信号转化为电信号。压电陶瓷换能器在声—电转化过程中信号频率保持不变。

S1作为声波发射器，它把电信号转化为声波信号向空间发射。S2是信号接收器，它把接收到的声波信号转化为电信号供观察。其中S1是固定的，而S2可以左右移动。

由波动理论得知，声波的传播速度v与声波频率 和波长 之间的关系为 。所以只要测出声波的频率和波长，就可以求出声速。其中声波频率可由产生声波的电信号发生器的振荡频率读出，波长则可用共振法和相位比较法进行测量。时差法可通过测量某一定间隔距离声音传播的时间来测量声波的传播速度。

声波是一种在弹性媒质中传播的纵波。对超声波（频率超过2×104Hz的声波）传播速度的测量在超声波测距、测量气体温度瞬间变化等方面具有重大意义。超声波在媒质中的传播速度与媒质的特性及状态因素有关。因而通过媒质中声速的测定，可以了解媒质的特性或状态变化。例如，测量氯气（气体）、蔗糖（溶液）的浓度、氯丁橡胶乳液的密度以及输油管中不同油品的分界面等等，这些问题都可以通过测定这些物质中的声速来解决。可见，声速测定在工业生产上具有一定的实用意义。同时，通过液体中声速的测量，了解水下声纳技术应用的基本概念。

这是一个分离元件的超声雾化器原理图。包括三个主要部分：电源（AC-DC）部分、水位检测与保护部分、超声振荡与换能部分。

如果采用12V或者24V直流电源供电，第一个部分可以不用看。

水位检测与保护部分的工作原理：

水位高于探针A和B时，AB之间呈现一定的电阻，BG3导通，BG2也导通，BG2射极输出4V左右的电压，经R3和L3送到BG1基极，为BG1提供并偏置，BG1及外围元件构成的振荡电路工作。若水位低于探针A和B时，AB之间呈现很高的电阻，BG3截止，BG2也截止，BG1因无偏置而停振。从而防止换能器因缺水而损坏。如果不需要保护电路，只需要将R3接Vcc，并合理选择其阻值。

振荡与换能部分工作原理：

电路中的振荡器是一种由高频压电陶瓷片TD(超声换能器)组成的工作振荡器，其振荡频率为165MHz(决定于选定的TD)。晶体三极管BG1和电容器C1、C2等构成电容三点式振荡器电路。

C1和电感L1等效并联的谐振频率比工作频率低，其作用是决定工作振荡器的振荡幅度；C2 和电感L2等效串联的谐振频率比工作频率高，其作用是决定工作振荡器的反馈量，以保证振荡器起振和维持电路的可靠振荡。压电陶瓷片TD具有很大的等效电感，它除决定电路的工作频率外，同时又是雾化器的工作负载。

若更换压电陶瓷片TD，无需调整电路其他参数，其振荡器频率也能自动跟踪新的压电陶瓷片的频率而工作。