換能器（英文名：transducer，別名：傳感器）是將一種能量形式轉變為另一種能量形式的器件或裝置。
當一定頻率的聲頻信號加在換能器上時，換能器上的壓電陶瓷片受到外力作用而產生壓縮變形，由于壓電陶瓷的正壓電效應，壓電陶瓷上將出現充、放電現象，即將聲頻信號轉換成了交變電信號。這時的換能器就是接收換能器。當交變電信號加在壓電陶瓷片兩端面時，由于壓電陶瓷的逆壓電效應，壓電陶瓷片會在電極方向產生周期性的伸長和縮短。這時的換能器就是發射換能器。換能器種類很多，分類方法也很多，根據輸入的生物信號種類可分為張力換能器、壓力換能器、速度換能器、溫度換能器和氣敏換能器等。根據工作原理的不同可分為電感式、電容式、電阻式、電勢式等換能器。其中壓電式換能器主要由壓電元件、阻尼塊、探頭架等零件構成。
不同換能器對性能參數的要求不同。如壓電超聲換能器的特性參數包括共振頻率、頻帶寬度、機電耦合系數、電聲效率等。發射型壓電超聲換能器，要求有大的輸出功率和高的能量轉換效率等。換能器常應用于智能制造、工業加工等領域，在可穿戴、小尺寸醫學影像等設備中有著廣泛應用前景。
工作原理
將聲能轉換成電能的是接收換能器，將電能轉換成聲能的稱為發射換能器。當一定頻率的聲頻信號加在換能器上時，換能器上的壓電陶瓷片受到外力作用而產生壓縮變形，由于壓電陶瓷的正壓電效應，壓電陶瓷上將出現充、放電現象，即將聲頻信號轉換成了交變電信號。這時的換能器就是接收換能器。當交變電信號加在壓電陶瓷片兩端面時，由于壓電陶瓷的逆壓電效應，壓電陶瓷片會在電極方向產生周期性的伸長和縮短。這時的換能器就是發射換能器。如果換能器中壓電陶瓷的振蕩頻率在超聲波范圍，則其發射或接收的聲頻信號即為超聲波。
基本構造
不同種類的換能器，基本構造也略有區別，以壓電式換能器為例，其由于結構不同，可分為直探頭式，斜探頭式，雙探頭式等多種。
直探頭式換能器也稱直探頭或平探頭，它可以發射和接收聲波。直探頭主要由壓電元件、阻尼塊（吸收快)及保護膜組成。
斜式換能器也稱斜探頭，可發射與接收橫波。它主要由壓電片8、阻尼塊7和斜楔塊組成。壓電片產生縱波，經斜楔塊傾斜人射到被測工件中，轉換為橫波。如斜楔塊為有機玻璃，而斜探頭的角度（即入射角）為280°~610°時，在鋼中可產生橫波。當把直探頭在液體中傾斜人射工件時，也能產生橫波。當入射角增大到某一角度，使在工件中橫波的折射角為90°時，在工件中可產生表面波，從而形成表面波探頭。因此，表面波探頭是斜探頭的一個特例。
組合式換能器又稱雙探頭或組合探頭。它是把2塊壓電片裝在1個探頭架內，其中一塊壓電片發射，另一塊壓電片接收。
分類
換能器種類很多，分類方法也很多。根據輸入的生物信號種類可分為張力換能器、壓力換能器、速度換能器、溫度換能器和氣敏換能器等；根據工作原理的不同可分為電感式、電容式、電阻式、電勢式等換能器；根據輸出信號可分為模擬式和數字式換能器；根據能量轉換原理可分為有源式和無源式換能器。在機能學實驗中常用的換能器有張力換能器、壓力換能器和呼吸換能器等。
張力換能器
張力換能器是將各種肌肉收縮時張力變化的信息轉換為電信號，經放大后再輸入到記錄儀以顯示出來的裝置。其工作原理是利用某些導體或半導體材料在外力作用發生變形時，其電阻會發生改變的“應變效應”，將這些材料做成薄的應變電阻片，用這種應變電阻片制成兩組應變元件(R1，R2及R3，R2)分貼于懸梁臂的兩側，作為橋式電路的兩對電阻，兩組應變電阻片中間連接一可調零電位器并與一3V直流電源相接。當外力作用于懸梁臂的游離端并使其發生輕度彎曲時，應變電阻片受到壓縮或拉伸，其阻值便發生改變導致電橋失衡，即有微弱電流輸出，經放大后再輸入到記錄儀顯示。測量血壓、呼吸的換能器，工作原理與張力換能器也基本相同。
壓力換能器
壓力換能器是將機體內各種壓力如動脈血壓、中心靜脈壓、心室內壓等變化的信息轉換為電信號，經放大后再輸入到記錄儀以測量、顯示和記錄的裝置。壓力換能器的工作原理與張力換能器基本相同。壓力換能器的頭端是一個半球形結構，使用前需將其內部充滿肝素生理鹽水。內面后部為一薄片狀的應變元件，組成橋式電路。其前端有兩個側管，一個用于排出里面的氣體，另一個通過導管與測量壓力的探頭相連。
呼吸換能器
呼吸換能器用于測量動物的呼吸波、呼吸流量。目前常用的呼吸換能器有直插式和胸帶式兩種，二者都是利用費斯通電橋原理來實現能量轉換的。胸帶式呼吸換能器是將胸帶直接捆在動物胸部，當動物胸廓隨著呼吸運動而運動時，應變電阻片受到牽拉，阻值改變，電橋失衡，換能器將該信號轉換成電信號輸出。直插式呼吸換能器前段有一錐狀通氣口，可與動物的氣管插管相連，隨著呼吸氣流的沖擊，應變電阻片阻值發生改變，電橋失衡，產生電流，換能器將電信號輸出。直插式呼吸換能器具有精度高、準確可靠、使用方便等特點，在機能學實驗中使用更為廣泛。
超聲換能器
超聲換能器作為超聲波技術的核心部件，其工作原理對于整個超聲波技術的應用具有重要意義。超聲換能器的基本功能即實現電能與機械能之間的轉換。具體而言，超聲換能器可以將電信號轉換為機械振動，從而產生超聲波；同時，它也能將接收到的超聲波信號轉換為電信號，以供后續處理和分析，這一轉換過程是通過超聲換能器內部的壓電效應實現的。
超聲波換能器的分類方式多種多樣，常見的包括以下方面。
第一，按照換能器的工作介質，可分為液體介質換能器、固體介質換能器以及氣體介質超聲換能器等。第二，按照能量轉換的機理和所用的換能材料，可分為電磁聲換能器、靜電換能器、機械型超聲換能器、磁致伸縮換能器、壓電換能器等。
第三，按照換能器的工作狀態，可分為接收型超聲換能器、發射型超聲換能器和收發兩用型超聲換能器。
第四，按照換能器的振動模式，可分為剪切振動換能器、扭轉振動換能器、縱向振動換能器、彎曲振動換能器等。
第五，按照換能器的輸入功率和工作信號，可分為檢測超聲換能器、脈沖信號換能器、功率超聲換能器、連續波信號換能器、調制信號換能器等。
第六，按照換能器的形狀，可分為圓柱形換能器、棒狀換能器、圓盤形換能器、環形換能器、喇叭形換能器、菊花形換能器、復合型超聲換能器及球形換能器等。
第七，按照聲束特性分，可分為聚焦換能器和非聚焦換能器。聚焦換能器又分為一維聚焦和二維聚焦；每類聚焦換能器又可以是電子聚焦或者聲學聚焦。
第八，按照振子單元數，可分為單元換能器、多元換能器。多元換能器又分為線陣、相控陣、方陣、凸陣等。
性能參數
不同換能器對性能參數的要求不同。如壓電超聲換能器的特性參數包括共振頻率、頻帶寬度、機電耦合系數、電聲效率、機械品質因數、頻率特性、阻抗特性、指向性和接收靈敏度等。發射型壓電超聲換能器，要求有大的輸出功率和高的能量轉換效率等；而接收型超聲換能器要求有寬的帶寬和高的靈敏度等。
頻率
一般情況下，換能器頻率越高，則分辨率越高，穿透深度越低。因此對于較厚的樣品需要較低頻率的探頭來維持較好的穿透厚度，對于高衰減的材料如塑料等要求較低的頻率，對于低衰減的材料如硅材等能使用較高頻率來掃描檢測。
功率
換能器功率通常指的是聲吶探頭中的發射換能器所能輸出的電能或聲能大小，使用單位為瓦特（Watt）。換能器功率的大小與聲吶設備的探測距離、信噪比、靈敏度等性能指標有關。而發射聲源級則是指聲吶發射器在水下環境中實際產生的聲音壓力級大小，通常使用單位為分貝（dB）。聲源級的大小決定了聲吶系統可達到的最大探測距離以及對目標的探測精度。
換能器功率P和發射聲源級SL之間的關系可以通過以下公式計算得到：
SL=10xlg(P/P0)+ DI
公式中：P0為參考功率，通常取值為1uW；DI為發射器到接收器的距離損失因子。該公式表明，發射聲源級隨著換能器功率的增加而增加，但同時也會受到距離損失因素的影響而減小。因此在設計聲吶系統時需要根據實際需求選擇合適的發射功率和接收距離，以達到最佳的聲吶性能。
接收靈敏度
換能器接收靈敏度與其特定的物理結構和材料有關，根據不同的設計和工藝選擇，其數值可能會有差異。一般而言，接收靈敏度越高的換能器，可以捕獲到更微弱的回波信號，從而提高聲吶系統的探測距離和分辨率。需要注意的是，換能器接收靈敏度只描述了接收器的輸出電壓大小，而無法說明整個聲吶系統的實際探測性能。
換能器和電源內阻間的阻抗匹配影響著換能器的靈敏度。由于待探測物體的聲阻抗與換能器材料的聲阻抗嚴重失配，這就造成了靈敏度較低。一般需要采用聲匹配和電路匹配方法，提高換能器的靈敏度。換能器的靈敏度越高，使用同樣激勵，在相同的噪聲背景下，信噪比越高。
標準規范
2017年5月，中國工業和信息化部（電子）發布《聲系統設備 電聲換能器 大信號參數的測量》的標準規范，該標準采用了ISO、IEC等國際國外組織的標準，于2017年12月1日正式實施。
2020年6月，國家市場監督管理總局、中國國家標準化管理委員會發布《無損檢測 電磁聲換能器（EMATs）指南》，標準號為GB/T 38895-2020，于2021年1月1日正式實施。該標準規定了超聲檢測用電磁聲換能器性能測試與檢驗的一般要求、由制造者提供的技術指標、測試器具、性能要求和測試報告。該標準適用于電磁聲體波（橫波、縱波）換能器。
應用領域
換能器常應用于智能制造、工業加工等領域，在可穿戴、小尺寸醫學影像等設備中有著廣泛應用前景，
生物醫學
生物醫學中使用的換能器是將機體內非電形式的各種生物信號，如體溫、張力、血壓、血流量、呼吸流量、脈搏、滲透壓、血氣含量等先轉變為電信號，再輸入電子測量儀進行測量、記錄和顯示，以便對其所反映的生理或病理變化做深入的分析研究。
工業加工
截至2025年11月上海市晨鳳實業53項專利覆蓋超聲波換能器、伺服控制、自動化集成等核心領域。超聲波食品切割的核心性能，取決于切割刀與換能器的匹配度。晨鳳實業針對食品加工特性，對這兩大核心部件進行了專項升級：換能器與食品特性的精準匹配：公司自主研發的30KHZ、35KHZ換能器，經過食品場景專項調校。35KHZ換能器振動幅度小而密集，適合慕斯、奶油蛋糕等極致軟質食品，切割時幾乎無壓力，避免蛋糕塌陷；30KHZ換能器振動強度適中，適配瑞士卷、年輪蛋糕等略帶韌性的食品，在保證切割速度的同時，保護層疊結構不松散。換能器采用密封式防水設計，可耐受食品加工車間的潮濕環境，延長使用壽命。
相關研究
天津大學龐慰教授團隊張孟倫助理教授課題組的工作展示了利用可穿戴超聲探頭及系統進行眨眼狀態監測的可行性，設計并制作了面向應用的空氣耦合低頻MEMS超聲換能器陣列和電路，實現了不同志愿者的靜態眨眼狀態檢測與動態眨眼實時監測。
截至2023年5月，上?？萍即髮W信息學院吳濤教授與多位上科大教授合作在壓電微型超聲換能器(?Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducers, PMUT)器件的理論建模、器件設計、微納工藝，以及醫學應用等方面取得了多項研究成果。
參考資料 >
換能器 .術語在線.2026-02-06
信息學院團隊合作在壓電微型超聲換能器器件與應用方向上取得多項研究成果.上海科技大學信息科學與技術學院.2026-02-06
國家標準|GB/T 33769.國家標準全文公開系統.2026-02-06
標準號:GB/T 38895-2020.國家標準全文公開系統.2026-02-06
工業級超聲波技術落地食品加工：超聲波食品切割機優選廠商 .中國工業新聞網.2026-02-12