超聲元件分析儀

產品簡介•☁╃↟₪：

1. 尺寸僅有24cm*14cm*(前5cm後10cm)☁◕│，重量僅有1.95千克│☁。

   目前最便攜的超聲阻抗分析儀│☁。

2. 超大觸控式螢幕☁◕│，無需物理按鍵☁◕│，一次顯示全部引數和圖形☁◕│，更直觀│☁。

3. 超快測試速度☁◕│，一次測試1000點僅需5秒│☁。

4. 也可以連線電腦使用☁◕│，且軟體與PV70A/80A*相容│☁。

5. 最大測試頻率可達5MHz│☁。

一．   關於供電

系統可以工作在AC220V-250V的任意電壓下☁◕│，功率30W☁◕│，本儀器自帶專用電源☁◕│，電源插口在儀器後部5芯的航空插頭│☁。

二．   操作流程•☁╃↟₪：

儀器操作流程如下•☁╃↟₪：

1. 左後方五芯航插接上儀器專用電源☁◕│，然後開啟儀器左側的開關│☁。

2. 系統啟動完成後☁◕│，進入“中文"或者“英文"即可進入相應的操作介面│☁。

3. 請將兩端的測試夾具接到中間兩個BNC測試端☁◕│，（如果是陶瓷專用治具☁◕│，則可以方便地直接接到所有四個BNC測試端）

4. 設定“起始（START）" 頻率和“終止 (END)" 頻率☁◕│，頻率單位都是“KHz"│☁。因為是觸控式螢幕☁◕│，所以按下輸入位置即會彈出輸入鍵盤│☁。

5. 設定檢測精度☁◕│，根據所需要的測試點數不同一共有六個檔位•☁╃↟₪：

Fast, Normal, Medium, High, Higher, Highest

如果器件的Qm較低☁◕│，選擇靠前的檔位；如果器件的Qm較高☁◕│，選擇靠後的檔位│☁。

越低的檔位☁◕│，測量點數越少☁◕│，時間越短☁◕│，越高的檔位☁◕│，測量點數越多☁◕│，時間越長│☁。

選擇檔位只要能保證導納圓大體上成圓形就可以☁◕│，這樣可以節約測量時間│☁。

檔位Fast測量點數大概在200點☁◕│，最高的檔位Highest測量點數大約在2000點│☁。

比如•☁╃↟₪：一般倒車雷達選擇第一檔Fast就可以☁◕│，但是超聲焊接卻需要選擇最高一檔Highest│☁。

按“啟動"即可以開始一次測量☁◕│，測量時進度條顯示測量進度│☁。

如果測到的到“導納圓曲線"不能完整成圓☁◕│，則“精度設定"提高一檔再測│☁。在螢幕左邊顯示一個完整的導納圓圖☁◕│，右邊顯示一個波谷一個波峰☁◕│，才是一次正確的測試▩↟╃│✘！

7. 儀器的物理按鈕也是“啟動"功能☁◕│，在儀器上面板靠後的位置│☁。

8. 儀器右後方三芯航插可以接外接式啟動開關│☁。

9. 點選“設定"可以進入儀器測試速度選擇介面☁◕│，一共有

5ms/dot, 10ms/dot, 20ms/dot 三個檔位可以選擇│☁。如果選擇5ms/dot☁◕│，那麼highest測試一次時間大約是10秒│☁。

四•☁╃↟₪： 測量圖形及資料

1. 圖形介紹

系統預設顯示“導納圓圖"+“對數圖"

導納圓圖•☁╃↟₪：導納隨頻率變化在極座標系下顯示的軌跡│☁。

對數圖•☁╃↟₪：紅線是阻抗幅度的對數值曲線☁◕│，藍線是阻抗相位曲線│☁。

可以點選“LgZ/GB-F"可以顯示導納曲線☁◕│，紅線是導納實部☁◕│，藍線是導納虛部│☁。（導納曲線用的不多☁◕│，在此不做詳細介紹）

2. 引數介紹•☁╃↟₪：

1）   諧振頻率Fs•☁╃↟₪：壓電振子等效電路中串聯支路的諧振頻率☁◕│，在這個頻率下☁◕│，壓電振子的阻抗最小│☁。如下圖示為“Fs"處的頻率值│☁。

2）最大電導Gmax•☁╃↟₪：壓電振子諧振時的導納值的實部☁◕│，即“Fs"處的導納實部│☁。

      導納圓圖           對數座標圖                等效電路圖

3）半功率點F1與F2•☁╃↟₪： 從導納圓上看☁◕│，導納實部等於Gmax／2處的頻率☁◕│，這樣的頻率有兩個☁◕│，大於Fs的為F2☁◕│，小於Fs的為F1☁◕│，如圖上標為“F1"和“F2"處的頻率值│☁。

4）反諧振頻率Fp•☁╃↟₪：壓電振子並聯支路的諧振頻率☁◕│，在這個頻率下☁◕│，壓電振子的阻抗最大│☁。如圖上標為“Fp"處的頻率值│☁。

5）機械品質因數Qm•☁╃↟₪：計算公式為Qm＝☁◕│，其中Fs為諧振頻率☁◕│，F1·◕₪◕、F2為半功率點│☁。或者Qm＝☁◕│，其中R1為動態電阻☁◕│，L1為動態電感☁◕│，C1為動態電容│☁。這兩個公式計算結果*相同│☁。

6）自由電容CT•☁╃↟₪： 壓電器件在1kHz頻率下的電容值│☁。此值和數字電橋測得的值是一致的│☁。

7）動態電阻R1•☁╃↟₪：即為圖中壓電振子串聯支路的電阻│☁。計算公式為•☁╃↟₪：R1＝1／Gmax☁◕│，其中Gmax為最大導納│☁。

8）動態電感L1•☁╃↟₪：即為圖中壓電振子串聯支路的電感│☁。計算公式為•☁╃↟₪：

L1＝☁◕│，其中R1為動態電阻☁◕│，F1·◕₪◕、F2為半功率點│☁。

9）動態電容C1•☁╃↟₪：即為圖中壓電振子串聯支路的電容│☁。計算公式為•☁╃↟₪：

C1＝☁◕│，其中Fs為諧振頻率☁◕│，L1為動態電感│☁。

10）靜態電容C0•☁╃↟₪：計算公式為C0＝CT－C1☁◕│，其中CT為自由電容☁◕│，C1為動態電容│☁。

注•☁╃↟₪：靜態電容也可以根據導納圓圓心和電導軸（G軸）的偏移距離來計算│☁。但是在實際應用中☁◕│，一般都採用公式C0＝CT－C1☁◕│，因此這裡也採用C0＝CT－C1作為靜電容的計算公式│☁。

11）有效機電耦合係數Keff•☁╃↟₪：

Keff定義為無負載的壓電振子在機械諧振時☁◕│，貯存的機械能與貯存的全部能量比值的平方根│☁。其計算公式為•☁╃↟₪：Keff＝

12）平面機電耦合係數Kp•☁╃↟₪：

這個引數僅用於壓電陶瓷片☁◕│，它反映的是薄圓片沿厚度方向極化和電激勵☁◕│，作徑向伸縮振動時☁◕│，有關其機電耦合效應的引數│☁。計算公式可以在軟體中選擇│☁。

13）自由介電常數 •☁╃↟₪：

這個引數僅適用於壓電陶瓷片☁◕│，計算公式為；☁◕│，其中CT為自由電容☁◕│，單位是pF；t為薄圓片厚度☁◕│，單位是cm；D為薄圓片直徑☁◕│，單位是cm│☁。

點選“合格條件"☁◕│，可以設定每個引數的上下限範圍☁◕│，系統會根據設定的上下限範圍自動判別合格☁◕│，顯示為在Qc後的紅燈（不合格）或者綠燈（合格）

五•☁╃↟₪：埠介紹

儀器右側有三個埠☁◕│，從上到下依次為

1. USB口•☁╃↟₪：用於接入U盤☁◕│，可以儲存測量資料☁◕│，也可以儲存EXCEL引數表格（自動生產線上自動儲存）

2. 232埠1•☁╃↟₪：PLC與儀器通訊的232口介面│☁。

3. 232埠2•☁╃↟₪：電腦與儀器通訊的介面│☁。（附•☁╃↟₪：本儀器仍然可以與之前的PV70A/80A/90A一樣在電腦上進行操作☁◕│，而且軟體都是與之前的*相容）

六．關於自動測試生產線

在自動測試生產線上☁◕│，本儀器具有兩種與PLC進行通訊的方式

1.  232通訊│☁。

2.  IO通訊方式☁◕│，儀器預留一個繼電器輸入端和一個繼電器輸出端│☁。

建議使用232通訊方式☁◕│，這種方式最靈活☁◕│，可通訊的資料量最大☁◕│，協議可以根據使用者設定的方式進行相容設計│☁。

七．產品型號與規格

八．導納圓的原理

對於壓電器件來說☁◕│，如果在離某一諧振頻率很遠的頻率上☁◕│，沒有其他諧振☁◕│，則在這個諧振頻率附近可把壓電器件近似看成一個集總系統☁◕│，其符號和等效電路如左下圖所示•☁╃↟₪：

壓電器件等效電路                     導納圓示意圖

上圖左邊為為壓電器件的等效電路│☁。其中C0是靜態電容☁◕│，R1·◕₪◕、C1·◕₪◕、L1分別為動態阻抗中的電阻·◕₪◕、電容·◕₪◕、電感│☁。

在這個等效電路中☁◕│，假定壓電器件的總導納為Y☁◕│，並聯支路和串聯支路（或稱之為靜態導納和動態導納）分別為Y0和Y1☁◕│，則Y=Y0+Y1│☁。透過運算可以得出動態導納Y1和總導納Y隨頻率變化的情況│☁。

取橫座標表示電導（導納的實部）☁◕│，取縱座標表示電納（導納的虛部）│☁。當頻率在諧振頻率附近的範圍內發生變化時☁◕│，Y1的相矢終端軌跡為一圓☁◕│，其圓心為（1/2R1☁◕│，0）☁◕│，半徑為1/2R1│☁。

當Y1的相矢終端旋轉一週時☁◕│，Y0的相矢終端隨頻率變化一般較小☁◕│，近似認為為一常數☁◕│，於是☁◕│，把Y1的軌跡圓在複平面上沿縱軸向上平移│☁。即可得到總導納的相矢終端隨頻率變化的軌跡圓☁◕│，即所謂的導納圓│☁。

利用導納圓圖☁◕│，可以求出壓電器件的等效電路和其他一些重要的引數☁◕│，從圖中可以看到三對諧振頻率•☁╃↟₪：

阻抗分析儀可以提供以上所有的頻率☁◕│，但是應用中只需要Fs和Fp│☁。

Fm·◕₪◕、Fn為傳統的傳輸線法測到的頻率☁◕│，我們由此可以看到☁◕│，傳輸線法測到的諧振頻率Fm與換能器的工作頻率Fs還有一些差別☁◕│，如果導納圓的圓心距離G軸距離較小☁◕│，可以近似認為•☁╃↟₪：Fs≈Fm≈Fr☁◕│，Fp≈Fn≈Fa；但是☁◕│，如果導納圓的圓心距離縱座標有一定的距離☁◕│，則Fs與Fm有很大區別│☁。顯然☁◕│，阻抗分析儀測量的更準確│☁。

Fr和Fa一般的應用中不用│☁。