壓電式換能器是一種能夠實現電能與聲能之間相互轉換的器件，其原理基于特定材料的壓電效應和電致伸縮效應。由于其高效、大功率的特點，以及可根據具體應用靈活設計的結構和形狀，壓電式換能器在功率超聲領域有著廣泛應用。
工作原理
壓電效應
壓電效應是指某些單晶材料在受到外部壓力作用下發生變形時，其內部晶格結構的變化會導致電荷分布的改變，從而產生極化的電場。這一過程產生的電場強度與所受壓力的大小呈正比例關系。這是由居里兄弟在1880年首次發現的現象。他們還在次年發現了這些單晶材料的逆壓電效應，即在外加電場的作用下，材料會產生相應的應力和應變。壓電效應的本質與晶體結構的不對稱性相關，其大小和性質取決于施加的壓力或電場的方向相對于晶體結晶軸的角度。常見的具有壓電效應的單晶材料包括天然石英（SiO2）和人工合成的硫酸鋰（Li2SO4）、鈮酸鋰（LiNbO3）等。
電致伸縮效應
電致伸縮效應則是指某些多晶材料中存在的自發形成分子集團，即所謂的“電疇”，它們具有一定的極化傾向，并且沿著極化方向的長度通常不同于其他方向。當外部電場作用于這些材料時，電疇會旋轉以使自身的極化方向與外加電場方向保持一致，導致材料在電場方向上的長度發生變化，表現出彈性應變。這種現象也被稱為電致伸縮效應。同樣地，這些材料在承受外部壓力產生應變時，總極化強度也會隨之變化，即出現電極化現象。因此，電致伸縮效應可以看作是與電極化相關的現象。
特點
壓電式換能器的主要特點在于其高效的電聲轉換能力，尤其是接收靈敏度高。然而，由于其機械強度較低，特別是在大功率應用方面受到了一定限制。盡管如此，隨著新技術的發展，已經實現了數百瓦至數千瓦級別的聲輻射功率。另外，一些單晶材料易溶于水中而導致失效。
應用區別
壓電換能器在一般情況下沒有正負極之分，因為它們通常是通過交流電源驅動的。但在實際應用中，為了操作便利，清洗和焊接用的換能器通常將與前后蓋板相連的一級視為負極。對于用于檢測的換能器，如果采用金屬外殼，則通常將其與壓電換能器的一級相連接，作為屏蔽使用，此時也可視作負極。
參考資料 >
壓電效應產生的原理.知了愛學.2024-11-20
【名詞解釋】電致伸縮.百度教育.2024-11-20
壓電換能器的工作原理、特點及應用.電子發燒友.2024-11-20