效應，而壓電效應又可分成正壓電效應(Direct Piezoelectric Effect)和逆壓 電效應(Inverse Piezoelectric Effect)。正壓電效應係對壓電材料施以物理 壓力時，壓電材料體內之電偶極矩會因壓縮而變短，此時壓電材料為抵
高振動子的振幅與整體效率，故會加入共振腔的設計，藉以放大振動子
6. 再設定放大器倍率及信號產生器輸出電壓。
7. 變更信號產生器輸出頻率記錄電流。
實際應用加在振動子是高壓不同於 HP 4194A 阻抗分析儀低電 壓測試振動子，因此兩種測試方法所獲取的振動子共振頻率會略有 不同，一般驅動電壓高者由於振動子消耗功率增加，使得振動子本 體發熱而產生溫度提升的現象，導致共振頻率降低[12]。
圖 2-1 功率放大器 圖 2-2 信號產生器
圖 2-3 示波器
2-2 共振腔製作
振動子由金屬體、壓電陶瓷、電極所組成，其實體照片，如圖
2-4 所示。依照振動子實體經量測再繪製成尺寸圖，如圖 2-5 所示，
設定 f=40000 Hz
Flange 位置χ=
. ∗
. 2.82 cm ≒ 28 mm
經過計算後繪製尺寸圖，如圖 2-6 所示，其示意圖，如圖 2-7 所示。
圖 2-4 振動子實體圖
圖 2-5 振動子尺寸圖
圖 2-6 共振腔尺寸圖
圖 2-7 共振腔示意圖
2-3 超音波刀外殼製作
超音波刀的外殼能包覆住振動子及共振腔，採用塑膠料 CNC 加 工完成。採用塑膠料原因是加工較容易，有少許避震效果，其絕緣 性佳可防止高壓感應觸電，使用中萬一高壓接觸到外殼可避免發生 觸電的危險。根據共振腔及振動子組合後的尺寸，再設計外殼的尺 寸，如圖 2-8 所示，超音波刀外殼示意圖，如圖 2-9 所示，還需要 鎖住共振腔及振動子設計，如圖 2-10 鎖定共振腔尺寸圖所示，其示
意圖，如圖 2-11 所示，利用此壓住共振腔的 Flange 達到固定共振 腔。超音波刀組裝完成示意圖，如圖 2-12 所示，共振腔製作中的照 片，如圖 2-13 所示超音波刀完成組裝後再拆開拍照，如圖 2-14 所 示。
圖 2-8 超音波刀外殼尺寸圖
圖 2-9 超音波刀外殼示意圖
圖 2-10 鎖定共振腔尺寸圖
圖 2-11 鎖定共振腔示意圖
圖 2-12 組裝完成示意圖 圖 2-13 共振腔製作中
圖 2-14 完成圖
2-4 使用 HP 4194A 阻抗分析儀測試振動子阻抗
將振動子接上 HP 4194A 阻抗分析儀(圖 2-15)，選擇等效電路 模型(equivalent circuit mode)的 CKT E，如圖 2-16 所示。頻率從頻 率 35 kHz 到 50 kHz 之阻抗值與相位圖，如圖 2-17 所示。從圖 2-16 中可以看到 R=561Ω，Ca=490.104 pF，L=29.1286 mH，Cb= 4.5 nF。Z=R j wL , 頻率在 f=42.1226 kHz 時 j wL 0，
Z=561Ω。頻率從頻率 20 kHz 到 80 kHz 之阻抗值與相位圖，如圖 2-18 所示。雖然最低阻抗在約 70 kHz 頻率附近，但是低頻約 42 kHz 的共振頻率點能夠輸出最大的機電耦合效能，此即實際操作的共振 頻率。
圖 2-15 HP 4194A 阻抗分析儀
圖 2-16 選擇等效電路模型
圖 2-17 頻率 35 kHz 到 50 kHz 之阻抗值與相位圖
圖 2-18 頻率 20 kHz 到 80 kHz 之阻抗值與相位圖