超声元件分析仪

产品简介：

1. 尺寸仅有24cm*14cm*(前5cm后10cm)，重量仅有1.95千克。

   目前最便携的超声阻抗分析仪。

2. 超大触摸屏，无需物理按键，一次显示全部参数和图形，更直观。

3. 超快测试速度，一次测试1000点仅需5秒。

4. 也可以连接电脑使用，且软件与PV70A/80A*兼容。

5. 最大测试频率可达5MHz。

一．   关于供电

系统可以工作在AC220V-250V的任意电压下，功率30W，本仪器自带专用电源，电源插口在仪器后部5芯的航空插头。

二．   操作流程：

仪器操作流程如下：

1. 左后方五芯航插接上仪器专用电源，然后打开仪器左侧的开关。

2. 系统启动完成后，进入“中文"或者“英文"即可进入相应的操作界面。

3. 请将两端的测试夹具接到中间两个BNC测试端，（如果是陶瓷专用治具，则可以方便地直接接到所有四个BNC测试端）

4. 设定“起始（START）" 频率和“终止 (END)" 频率，频率单位都是“KHz"。因为是触摸屏，所以按下输入位置即会弹出输入键盘。

5. 设定检测精度，根据所需要的测试点数不同一共有六个档位：

Fast, Normal, Medium, High, Higher, Highest

如果器件的Qm较低，选择靠前的档位；如果器件的Qm较高，选择靠后的档位。

越低的档位，测量点数越少，时间越短，越高的档位，测量点数越多，时间越长。

选择档位只要能保证导纳圆大体上成圆形就可以，这样可以节约测量时间。

档位Fast测量点数大概在200点，最高的档位Highest测量点数大约在2000点。

比如：一般倒车雷达选择第一档Fast就可以，但是超声焊接却需要选择最高一档Highest。

按“启动"即可以开始一次测量，测量时进度条显示测量进度。

如果测到的到“导纳圆曲线"不能完整成圆，则“精度设定"提高一档再测。在屏幕左边显示一个完整的导纳圆图，右边显示一个波谷一个波峰，才是一次正确的测试！

7. 仪器的物理按钮也是“启动"功能，在仪器上面板靠后的位置。

8. 仪器右后方三芯航插可以接外置式启动开关。

9. 点击“设置"可以进入仪器测试速度选择界面，一共有

5ms/dot, 10ms/dot, 20ms/dot 三个档位可以选择。如果选择5ms/dot，那么highest测试一次时间大约是10秒。

四： 测量图形及数据

1. 图形介绍

系统默认显示“导纳圆图"+“对数图"

导纳圆图：导纳随频率变化在极坐标系下显示的轨迹。

对数图：红线是阻抗幅度的对数值曲线，蓝线是阻抗相位曲线。

可以点击“LgZ/GB-F"可以显示导纳曲线，红线是导纳实部，蓝线是导纳虚部。（导纳曲线用的不多，在此不做详细介绍）

2. 参数介绍：

1）   谐振频率Fs：压电振子等效电路中串联支路的谐振频率，在这个频率下，压电振子的阻抗最小。如下图标为“Fs"处的频率值。

2）最大电导Gmax：压电振子谐振时的导纳值的实部，即“Fs"处的导纳实部。

      导纳圆图           对数坐标图                等效电路图

3）半功率点F1与F2： 从导纳圆上看，导纳实部等于Gmax／2处的频率，这样的频率有两个，大于Fs的为F2，小于Fs的为F1，如图上标为“F1"和“F2"处的频率值。

4）反谐振频率Fp：压电振子并联支路的谐振频率，在这个频率下，压电振子的阻抗最大。如图上标为“Fp"处的频率值。

5）机械品质因数Qm：计算公式为Qm＝，其中Fs为谐振频率，F1、F2为半功率点。或者Qm＝，其中R1为动态电阻，L1为动态电感，C1为动态电容。这两个公式计算结果*相同。

6）自由电容CT： 压电器件在1kHz频率下的电容值。此值和数字电桥测得的值是一致的。

7）动态电阻R1：即为图中压电振子串联支路的电阻。计算公式为：R1＝1／Gmax，其中Gmax为最大导纳。

8）动态电感L1：即为图中压电振子串联支路的电感。计算公式为：

L1＝，其中R1为动态电阻，F1、F2为半功率点。

9）动态电容C1：即为图中压电振子串联支路的电容。计算公式为：

C1＝，其中Fs为谐振频率，L1为动态电感。

10）静态电容C0：计算公式为C0＝CT－C1，其中CT为自由电容，C1为动态电容。

注：静态电容也可以根据导纳圆圆心和电导轴（G轴）的偏移距离来计算。但是在实际应用中，一般都采用公式C0＝CT－C1，因此这里也采用C0＝CT－C1作为静电容的计算公式。

11）有效机电耦合系数Keff：

Keff定义为无负载的压电振子在机械谐振时，贮存的机械能与贮存的全部能量比值的平方根。其计算公式为：Keff＝

12）平面机电耦合系数Kp：

这个参数仅用于压电陶瓷片，它反映的是薄圆片沿厚度方向极化和电激励，作径向伸缩振动时，有关其机电耦合效应的参数。计算公式可以在软件中选择。

13）自由介电常数 ：

这个参数仅适用于压电陶瓷片，计算公式为；，其中CT为自由电容，单位是pF；t为薄圆片厚度，单位是cm；D为薄圆片直径，单位是cm。

点击“合格条件"，可以设置每个参数的上下限范围，系统会根据设定的上下限范围自动判别合格，显示为在Qc后的红灯（不合格）或者绿灯（合格）

五：端口介绍

仪器右侧有三个端口，从上到下依次为

1. USB口：用于接入U盘，可以保存测量数据，也可以保存EXCEL参数表格（自动生产线上自动保存）

2. 232端口1：PLC与仪器通信的232口接口。

3. 232端口2：电脑与仪器通信的接口。（附：本仪器仍然可以与之前的PV70A/80A/90A一样在电脑上进行操作，而且软件都是与之前的*兼容）

六．关于自动测试生产线

在自动测试生产线上，本仪器具有两种与PLC进行通信的方式

1.  232通信。

2.  IO通信方式，仪器预留一个继电器输入端和一个继电器输出端。

建议使用232通信方式，这种方式最灵活，可通讯的数据量最大，协议可以根据用户设定的方式进行兼容设计。

七．产品型号与规格

八．导纳圆的原理

对于压电器件来说，如果在离某一谐振频率很远的频率上，没有其他谐振，则在这个谐振频率附近可把压电器件近似看成一个集总系统，其符号和等效电路如左下图所示：

压电器件等效电路                     导纳圆示意图

上图左边为为压电器件的等效电路。其中C0是静态电容，R1、C1、L1分别为动态阻抗中的电阻、电容、电感。

在这个等效电路中，假定压电器件的总导纳为Y，并联支路和串联支路（或称之为静态导纳和动态导纳）分别为Y0和Y1，则Y=Y0+Y1。通过运算可以得出动态导纳Y1和总导纳Y随频率变化的情况。

取横坐标表示电导（导纳的实部），取纵坐标表示电纳（导纳的虚部）。当频率在谐振频率附近的范围内发生变化时，Y1的相矢终端轨迹为一圆，其圆心为（1/2R1，0），半径为1/2R1。

当Y1的相矢终端旋转一周时，Y0的相矢终端随频率变化一般较小，近似认为为一常数，于是，把Y1的轨迹圆在复平面上沿纵轴向上平移。即可得到总导纳的相矢终端随频率变化的轨迹圆，即所谓的导纳圆。

利用导纳圆图，可以求出压电器件的等效电路和其他一些重要的参数，从图中可以看到三对谐振频率：

阻抗分析仪可以提供以上所有的频率，但是应用中只需要Fs和Fp。

Fm、Fn为传统的传输线法测到的频率，我们由此可以看到，传输线法测到的谐振频率Fm与换能器的工作频率Fs还有一些差别，如果导纳圆的圆心距离G轴距离较小，可以近似认为：Fs≈Fm≈Fr，Fp≈Fn≈Fa；但是，如果导纳圆的圆心距离纵坐标有一定的距离，则Fs与Fm有很大区别。显然，阻抗分析仪测量的更准确。

Fr和Fa一般的应用中不用。