CN102824999A - 一种大功率超声波换能组件及换能器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大功率超声波换能组件及换能器，包括外壳为不锈钢的圆柱形筒体，筒体内腔中沿轴线安装排有多个超声波换能组件，特点是该大功率超声波换能组件包括支撑块，在支撑块的侧边设置有至少两组压电陶瓷片组，压电陶瓷片组至少由两片压电陶瓷晶片组成，压电陶瓷晶片的端面上设置有电极，压电陶瓷片组通过压紧块与支撑板压紧固定，该超声波换能组件与圆柱形筒体内壁紧配合。其优点是提供了一种能避免电极脱落、压电陶瓷变形破裂的超声波换能组件，并提供了一种能在径向360°方位发射出均匀超声波且换能效率较高的大功率超声波换能器。
Description
技术领域
本发明涉及一种超声波换能组件及换能器，尤其是涉及一种大功率超声波换能组件及换能器。
背景技术
超声波换能器是一种利用陶瓷的压电效应将机械运动转变为电信号，即将机械能转换为电能，或是在电场的驱动下产生机械运动将电能转换为机械能的器件。由于其良好的换能特性，被广泛应用于工业和化工生产中，如制药、化工、焊接、破碎、清洗、医疗设备探测、检测等，尤其在石油开采领域，利用大功率超声波换能器，能提高采油量，降低原油的粘度，以完成石油的二次甚至三次开采。
现有的大功率超声波换能组件一般为环形的压电陶瓷，压电陶瓷的内外两个表面镀有电极。现有的大功率超声波换能器一般为圆柱形筒体，内部设置有大功率超声波换能组件，筒体内壁与换能组件外表面直接接触，超声波换能组件浸润在硅油中并加以一定的压力，以平衡筒体内外压力。
这种大功率超声波换能器主要存在以下几方面的缺陷：一是电极直接镀在压电陶瓷的内外两个表面，超声波换能器在工作时产生剧烈的机械振动会导致电极从压电陶瓷的表面脱落，从而影响换能效率；二是压电陶瓷浸润在油液中，液体的不稳定性容易导致工作时压电陶瓷发生变形，使转换效能大大降低；三是压电陶瓷产生的超声通过硅油传导到超声波换能器的外壳，使得其外壳发出超声波，此方式电声转换效率较低，同时超声波径向发射时产生的震动幅度较大，会导致压电陶瓷碎裂，故而影响工作效率。。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能避免电极脱落、压电陶瓷变形破裂的大功率超声波换能组件，并提供一种能在径向360°方位发射出均匀超声波且换能效率较高的大功率超声波换能器。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种大功率超声波换能组件，包括支撑块，在支撑块的侧边设置有至少两组压电陶瓷片组，所述的压电陶瓷片组至少由两片压电陶瓷晶片组成，所述的压电陶瓷晶片的端面上设置有电极，所述的压电陶瓷片组通过压紧块与支撑块压紧固定。
所述的支撑块的径向截面为“I”型，所述的支撑块的两边对称设置有两组压电陶瓷片组，所述的支撑块的外轮廓与压紧块的外轮廓组成一个圆筒。
所述的支撑块的径向截面为正多边形，所述的压电陶瓷片组的数量与所述正多边形的边数相等，所述的多组压电陶瓷片组设置在支撑块的各个侧边。
所述的压紧块的外轮廓组成一个圆筒。
所述的压电陶瓷片组中压电陶瓷晶片的数量为双数。
所述的电极为镀青铜的电极片。
所述的支撑块和压紧块均为金属材料。
一种大功率超声波换能器，包括外壳为不锈钢的圆柱形筒体，筒体内腔中沿轴线安装排有多个超声波换能组件，所述的超声波换能组件，包括支撑块，在支撑块的侧边设置有至少两组压电陶瓷片组，所述的压电陶瓷片组至少由两片压电陶瓷晶片组成，所述的压电陶瓷晶片的端面上设置有电极，所述的压电陶瓷片组通过压紧块与支撑块压紧固定，所述的超声波换能组件与所述的圆柱形筒体内壁紧配合。
所述的相邻的超声波换能组件以支撑块的平面轴线绕圆筒体中心轴线错开的方式排列在所述的圆柱形筒体内腔中。
所述的相邻的超声波换能组件以支撑块的平面轴线绕圆筒体中心轴线朝一个方向错开均匀角度的方式排列在所述的圆柱形筒体内腔中。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）电极设置在压电陶瓷晶片的端面上，压电陶瓷晶片串联在一起组成了压电陶瓷片组，避免了电极直接裸露在外面，从而使得电极在超声波换能器工作时不易发生脱落，提高了超声波换能器的工作效率。
（2）压电陶瓷片组对称设置在支撑块的侧边，无须浸在油液中以保证压力的平衡，从而使得超声波换能器的换能效率得到有效的提高。
（3）压电陶瓷片组设置在支撑块与压紧块之间，避免了压电陶瓷片组直接与筒体内壁接触，在超声波换能器工作时不会产生振子破裂的情况，保证了超声波换能器的换能效率。
（4）相邻的超声波换能组件以支撑块的平面轴线绕圆筒体中心轴线朝一个方向错开均匀角度的方式排列在所述的圆柱形筒体内腔中，保证了该大功率超声波换能器在360°径向发射超声波，提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为压紧块的立体图；
图3为压紧块的剖视图；
图4为绝缘套的剖视图；
图5为本发明实施例一的支撑块的立体图；
图6为本发明实施例一的支撑块的剖视图；
图7为本发明实施例二的结构示意图；
图8为本发明实施例三的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
实施例一：如图1所示，一种大功率超声波换能组件，包括支撑块5，在支撑块5的两侧对称设置有两组压电陶瓷片组，压电陶瓷片组至少由两片压电陶瓷晶片3组成，压电陶瓷晶片3的端面上设置有电极片4，压电陶瓷片组通过压紧块2与支撑块5压紧固定，支撑块5、压电陶瓷晶片3和电极片4中心带孔，串在绝缘套6上，圆柱头内六角螺钉1依次穿过一个压紧块2和绝缘套6，在另一个压紧块2处用螺母固定。
支撑块5和压紧块2上设置有凹槽，两组压电陶瓷片组可部分嵌入在凹槽内。
电极片4正负间隔放置，并与导线连接。
电极片4为圆形薄片，也可为正方形、长方形或六边形薄片。
支撑块5的径向截面为“I”型，其外轮廓延伸圆弧与压紧块2的外轮廓组成一个圆筒。
一种大功率超声波换能器，包括外壳为不锈钢的圆柱形筒体，在筒体的内部设置有多个本实施例中所述的大功率超声波换能组件，该大功率超声波换能组件的外壁与大功率超声波换能器的圆柱形筒体紧配合。
相邻的大功率超声波换能组件以支撑块5的平面轴线绕圆筒体中心轴线朝一个方向错开均匀角度的方式排列在大功率超声波换能器的圆柱形筒体内腔中，以使该超声波换能器能在径向360°方位发射出均匀的超声波。
该大功率超声波换能组件与该大功率超声波换能器的紧配合放置的方式可以有两种：一种是通过轻轻敲击的方式，将大功率超声波换能组件依次放置在大功率超声波换能器的内腔中，二是通过适当的加热方式使大功率超声波换能器的筒体膨胀，然后将大功率超声波换能组件依次置于内腔中，冷却筒体，实现紧配合。
实施例二：其他部分与实施例一相同，其不同之处在于支撑块5的外轮廓与压紧块2的外轮廓组成一个圆筒，如图7所示，与大功率超声波换能器的圆柱形筒体紧配合。
实施例三：如图8所示，其他部分与实施例一相同，其不同之处在于支撑块5的径向截面为正方形，支撑块5的四个侧边对称设置有四组压电陶瓷片组，压电陶瓷晶片3的端面上设置有电极片4，四组压电陶瓷片组通过四个压紧块2与支撑块5压紧固定，压电陶瓷晶片3和电极片4中心带孔，串在绝缘套6上，螺钉7依次穿过压紧块2和绝缘套6，与支撑块5螺接。
除上述实施例所示结构外，支撑块5的径向截面还可以为正多边形，如正五边形、正六边形等。
Claims (10)
1.一种大功率超声波换能组件，包括支撑块，在支撑块的侧边设置有至少两组压电陶瓷片组，其特征是所述的压电陶瓷片组至少由两片压电陶瓷晶片组成，所述的压电陶瓷晶片的端面上设置有电极，所述的压电陶瓷片组通过压紧块与支撑块压紧固定。
2.如权利要求1所述的一种大功率超声波换能组件，其特征是所述的支撑块的径向截面为“I”型，所述的支撑块的两边对称设置有两组压电陶瓷片组，所述的支撑块的外轮廓与压紧块的外轮廓组成一个圆筒。
3.如权利要求1所述的一种大功率超声波换能组件，其特征是所述的支撑块的径向截面为正多边形，所述的压电陶瓷片组的数量与所述正多边形的边数相等，所述的多组压电陶瓷片组设置在支撑块的各个侧边。
4.如权利要求1或3所述的一种大功率超声波换能组件，其特征是所述的压紧块的外轮廓组成一个圆筒。
5.如权利要求1所述的一种大功率超声波换能组件，其特征是所述的压电陶瓷片组中压电陶瓷晶片的数量为双数。
6.如权利要求1所述的一种大功率超声波换能组件，其特征是所述的电极为镀青铜的电极片。
7.如权利要求1所述的一种大功率超声波换能组件，其特征是所述的支撑块和压紧块均为金属材料。
8.一种大功率超声波换能器，包括外壳为不锈钢的圆柱形筒体，筒体内腔中沿轴线安装排有多个超声波换能组件，其特征是所述的超声波换能组件，包括支撑块，在支撑块的侧边设置有至少两组压电陶瓷片组，所述的压电陶瓷片组至少由两片压电陶瓷晶片组成，所述的压电陶瓷晶片的端面上设置有电极，所述的压电陶瓷片组通过压紧块与支撑块压紧固定，所述的超声波换能组件与所述的圆柱形筒体内壁紧配合。
9.如权利要求8所述的一种大功率超声波换能器，其特征是所述的相邻的超声波换能组件以支撑块的平面轴线绕圆筒体中心轴线错开的方式排列在所述的圆柱形筒体内腔中。
10.如权利要求8所述的一种大功率超声波换能器，其特征是所述的相邻的超声波换能组件以支撑块的平面轴线绕圆筒体中心轴线朝一个方向错开均匀角度的方式排列在所述的圆柱形筒体内腔中。
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