超声波换能器是一种将电能转换为机械振动能量的装置，广泛应用于医疗、工业等领域。其工作原理主要基于 压电效应和 共振原理。
压电效应
超声波换能器通常由压电陶瓷片和金属反射板组成。压电陶瓷片通常由铅锆钛酸钡（PZT）制成，具有压电效应，即在电场作用下会发生形变。
当外加电压施加到压电陶瓷片上时，电场会使得PZT发生形变。正电场会使得PZT收缩，而负电场会使得PZT膨胀。这种形变是由于压电陶瓷内部的正负离子在电场作用下的重新排列引起的。
压电陶瓷片的形变会引起与之连接的金属反射板的振动。金属反射板是固定的，因此只能发生纵向振动，这就使得超声波的产生成为可能。
共振原理
超声波换能器的振动频率与外加电压的频率相同，一般在几十千赫兹至几百千赫兹之间。当超声波换能器的谐振频率与外加电压的频率相匹配时，振动幅度将达到较大值。
超声波换能器的一侧暴露在液体或固体介质中时，振动被传递到介质中，形成一种被称为超声波的波动。这是因为振动引起介质分子的相对位移，这种相对位移以波动形式传播。
应用
超声波在传播过程中遇到不同密度和界面的介质时，会发生反射、折射和散射等现象，这些现象可以用于医学成像、材料检测和液体分离等应用。
例如，在医学领域，超声波换能器常用于超声波检查（如超声波扫描）、超声波治疗和超声波清洗等。
总的来说，超声波换能器的工作原理是基于压电效应，通过电场作用使压电陶瓷片产生机械振动，进而产生超声波。其振动频率与外加电压的频率相同，并且通过共振原理放大振动幅度，从而在介质中产生超声波。