压电振子的振动模式概述

 对于一个弹性体，理论上可以存在无穷多个振动模式，而对于有使用价值的压电振子，其振动模式是有限的。这些振动模式有单一的也有复合的，对于单一的振动模式，一般可以分为三类，而每一类则包含几种振动模式。

1. 伸缩振动模式

     伸缩振动模式可分为横场伸缩振动模式和纵场伸缩振动模式，其中横场振动模式包括薄圆片的径向振动、薄圆环的径向振动及薄长条的长度伸缩振动模式等，而纵场伸振动模式则包括薄片厚度伸缩振动及细长杆长度伸缩振动。

2. 剪切振动模式

包括薄方片面切变振动、方片厚度剪切振动和长杆剪切振动。

3. 弯曲振动模式

包括宽度弯曲振动、双片厚度弯曲振动，单片后度弯曲振动及开槽环弯曲振动等。

对于前三类振动模式，都是由压电效应直接产生的基本的振动模式，而对于弯曲振动模式，是由于同时存在伸长和缩短两种形变所造成的，因此可以认为是间接产生的。

   不同点群的压电晶体，其压电常数矩阵的形式及不为零的分量一般说来是不同的，因此不是每种压电材料都可以激发出上述所有的振动模式.也不是每种振动模式都由相同切型的晶片所产生，事实上，为了获得某种振动模式，除选择合适的晶体材料及切型外，还要设计合适的晶体尺寸和激励方式。所以必须对不同点群的压电晶体，根据压电常数矩阵及应用需要，进行具体的模式分析.而对于压电陶瓷材料来说，问题就比较简单一些，其振动模式主要由振子的形状、尺寸、极化方向以及激励方向来决定.

如上所述，压电陶瓷超声换能器的特点之一是容易成型，因而实际超声换能器的结构和种类繁多，这其中包括换能器的形状以及振动模式的不同等，而且为了适应不同的需要，对超声换能器的振动模式有各种不同的特殊要求，加之使用条件和安装要求的不同，因而超声换能器的品种式样非常多，另外，针对不同的传声介质，如气体、液体、固体或软组织以及多相混合介质等，超声波的种类有纵波、横波、扭转波、弯曲波以及表面波等，而超声波的波形有平面波、球面波以及柱面波等形式.

各种振动模式的压电陶瓷振子是压电陶瓷超声换能器的基础.当超声信号的频率处于振子的谐振频率附近时，压电陶瓷振子就会发生谐振并输出更大的电压，此时换能器的机电转换效率也是更高的，因此压电陶瓷振子具有频率选择的特点.同一个形状的压电陶瓷振子，在不同的外加信号作用下，可呈现不同的振动模式.例如压电陶瓷薄圆片在低频时呈现径向振动模式，在高频时呈现厚度振动模式.薄长条压电陶瓷振子在低频时呈现长度伸缩振动模式，在中频时呈现宽度振动模式，而在高频时则呈现厚度振动模式.表2.3列出了常用的压电陶瓷振子的不同振动模式及其相关性质。有关压电陶瓷振子各种振动模式的具体分析可参见有关的文献.