CN102861693A - 基于纵振夹心换能器的压电微喷装置 - Google Patents

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刘军考
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Abstract

基于纵振夹心换能器的压电微喷装置，涉及压电微喷技术领域。它解决了现有采用贴片结构的压电微喷装置所普遍存在的能量利用率低、喷射量提高受限制以及工作稳定性差等问题。本发明的后端盖、四片纵振压电陶瓷片和法兰通过紧固螺钉与变幅杆的大端固定成一体，相邻两片纵振压电陶瓷片之间、其中一片纵振压电陶瓷片与法兰之间以及纵振压电陶瓷片与变幅杆大端之间均设置有一片电极片；喷嘴上开有圆锥形内腔，圆锥形内腔的底部开有喷射通孔，圆锥形内腔的大开口端的一侧开有进流孔；前端盖末端的底面与振动片的顶面固定连接，振动片的底面将喷嘴中圆锥形内腔的大开口端完全覆盖。本发明适用于药物注射、打印成像、微量润滑领域。

Description

基于纵振夹心换能器的压电微喷装置
技术领域
本发明涉及到一种基于纵振夹心换能器的压电微喷装置，属于压电微喷技术领域。
背景技术
压电微喷技术是一种利用压电陶瓷的逆压电效应，在弹性体中激励出振动，并与液体腔中液体相互作用，产生的压力波传递到喷嘴处导致液体射流从喷嘴喷出进而雾化为液滴。液滴的大小和速度与驱动电压的幅值和频率有关。压电喷射技术不会造成所喷射液体的物理/化学变化，对液体自身几乎没有损害；此外，压电喷射还具有控制灵活简单、功耗低、体积小和易于集成的突出优点。在药物注射、打印成像、微量润滑等领域都具有十分广阔的应用价值。
但是，出于激励原理的简单性和理论分析方法的简便性，目前成熟的压电微喷装置大多采用金属弹性片粘贴压电陶瓷薄片的方式进行激励，压电陶瓷工作在低机电耦合效率的d31模式，能量利用率较低；此外，金属弹性片和压电陶瓷薄片之间粘结用胶层的强度问题限制了该类装置喷射量的提高，而胶层疲劳寿命的问题则限制了该类装置工作的稳定性。
发明内容
为了解决现有采用贴片结构的压电微喷装置所普遍存在的能量利用率低、喷射量提高受限制以及工作稳定性差的问题，本发明提供了一种基于纵振夹心换能器的压电微喷装置。
本发明的基于纵振夹心换能器的压电微喷装置，包括纵振夹心换能器1、振动片2和喷嘴3；纵振夹心换能器1包括后端盖1-1、变幅杆1-2、四片纵振压电陶瓷片1-3、法兰1-4、紧固螺钉1-5和四片电极片1-6，所述变幅杆1-2是截面逐渐变细的块体，所述法兰1-4两侧各设置有两片纵振压电陶瓷片1-3，后端盖1-1、四片纵振压电陶瓷片1-3和法兰1-4通过紧固螺钉1-5与变幅杆1-2的大端固定成一体，相邻两片纵振压电陶瓷片1-3之间设置有一片电极片1-6，纵振压电陶瓷片1-3与法兰1-4之间设置有一片电极片1-6，纵振压电陶瓷片1-3与变幅杆1-2大端之间设置有一片电极片1-6；所述喷嘴3上开有圆锥形内腔3-1，圆锥形内腔3-1的底部开有喷射通孔3-3，圆锥形内腔3-1的大开口端的一侧开有进流孔3-2；变幅杆1-2的小端与振动片2的一个侧面固定连接，所述振动片2的另一个侧面与喷嘴3中圆锥形内腔3-1的大开口端边缘固定连接，且将喷嘴3中圆锥形内腔3-1的大开口端完全覆盖。
本发明的基于纵振夹心换能器的压电微喷装置在工作时四片纵振压电陶瓷片均施加频率为换能器纵振谐振频率的交流激励电压，进而借助于压电陶瓷片沿其轴线方向的伸缩振动激励出换能器的纵向振动，进一步带动连接在变幅杆末端的振动片产生弯曲振动，振动片会与圆锥形内腔中的液体相互作用，产生的压力波传递到喷嘴处最终实现液体射流从喷嘴喷出。通过控制压电陶瓷上施加的激励电压的幅值，可以实现对喷射量的精确控制。
本发明中压电陶瓷工作在高机电耦合效率的d33模式，能量利用率较高，可充分提高能量利用率；变幅杆的变截面结构形式可以实现振动能量的聚敛作用，可以有效提高变幅杆小端的振幅和振速，最终会使该装置喷射量得到有效的提高；此外，该装置中的纵振夹心换能器采用螺钉紧固结构，工作稳定性好，可有效的克服传统的采用贴片结构的压电微喷装置由于胶层的强度和疲劳寿命而引入的各种问题。
本发明的基于纵振夹心换能器的压电微喷装置具有能量利用率高、可实现大剂量喷射、工作稳定性好等优点。
附图说明
图1是本发明所述的基于纵振夹心换能器的压电微喷装置的剖视图，图2是图1所示基于纵振夹心换能器的压电微喷装置的立体结构示意图，图3是图1所示基于纵振夹心换能器的压电微喷装置中的喷嘴的结构示意图，图4是图1所示的纵振夹心换能器在自由状态时，压电微喷装置的工作原理示意图，图5是图1所示的纵振夹心换能器在伸长状态时，压电微喷装置的工作原理示意图，图6是图1所示的纵振夹心换能器在收缩状态时，压电微喷装置的工作原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式所述的基于纵振夹心换能器的压电微喷装置，包括纵振夹心换能器1、振动片2和喷嘴3；纵振夹心换能器1包括后端盖1-1、变幅杆1-2、四片纵振压电陶瓷片1-3、法兰1-4、紧固螺钉1-5和四片电极片1-6，所述变幅杆1-2是截面逐渐变细的块体，所述法兰1-4两侧各设置有两片纵振压电陶瓷片1-3，后端盖1-1、四片纵振压电陶瓷片1-3和法兰1-4通过紧固螺钉1-5与变幅杆1-2的大端固定成一体，相邻两片纵振压电陶瓷片1-3之间设置有一片电极片1-6，纵振压电陶瓷片1-3与法兰1-4之间设置有一片电极片1-6，纵振压电陶瓷片1-3与变幅杆1-2大端之间设置有一片电极片1-6；所述喷嘴3上开有圆锥形内腔3-1，圆锥形内腔3-1的底部开有喷射通孔3-3，圆锥形内腔3-1的大开口端的一侧开有进流孔3-2；变幅杆1-2的小端与振动片2的一个侧面固定连接，所述振动片2的另一个侧面与喷嘴3中圆锥形内腔3-1的大开口端边缘固定连接，且将喷嘴3中圆锥形内腔3-1的大开口端完全覆盖。
本实施方式的基于纵振夹心换能器的压电微喷装置在应用的时候，与法兰1-4和变幅杆1-2相邻的两片电极片1-6均与驱动电源的公共端连接，设置于纵振压电陶瓷片1-3之间的两片电极片1-6均与驱动信号连接；圆锥形内腔3-1通过进流孔3-2与外部流体供给系统连接。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一所述的基于纵振夹心换能器的压电微喷装置的区别在于，所述纵振压电陶瓷片1-3截面为方形或圆形，这样可以简化加工与装配工艺。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一所述的基于纵振夹心换能器的压电微喷装置的区别在于，所述纵振压电陶瓷片1-3均沿厚度方向极化，且相邻两片纵振压电陶瓷片1-3的极化方向相反。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一所述的基于纵振夹心换能器的压电微喷装置的区别在于，所述变幅杆1-2与振动片2连接位置位于振动片2中心位置，这样可以保证换能器1的纵向振动有效用于激励振动片2的弯曲振动。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一所述的基于纵振夹心换能器的压电微喷装置的区别在于，所述圆锥形内腔3-1与喷射通孔3-3同轴，这种设置方式有利于液体喷出。

Claims (5)

1.基于纵振夹心换能器的压电微喷装置，包括纵振夹心换能器（1）、振动片（2）和喷嘴（3）；其特征是：纵振夹心换能器（1）包括后端盖（1-1）、变幅杆（1-2）、四片纵振压电陶瓷片（1-3）、法兰（1-4）、紧固螺钉（1-5）和四片电极片（1-6），所述变幅杆（1-2）是截面逐渐变细的块体，所述法兰（1-4）两侧各设置有两片纵振压电陶瓷片（1-3），后端盖（1-1）、纵振压电陶瓷片（1-3）和法兰（1-4）通过紧固螺钉（1-5）与变幅杆（1-2）的大端固定成一体，相邻两片纵振压电陶瓷片（1-3）之间设置有一片电极片（1-6），纵振压电陶瓷片（1-3）与法兰（1-4）之间设置有一片电极片（1-6），纵振压电陶瓷片（1-3）与变幅杆（1-2）大端之间设置有一片电极片（1-6）；所述喷嘴（3）上开有圆锥形内腔（3-1），圆锥形内腔（3-1）的底部开有喷射通孔（3-3），圆锥形内腔（3-1）的大开口端的一侧开有进流孔（3-2）；变幅杆（1-2）的小端与振动片（2）的一个侧面固定连接，所述振动片（2）的另一个侧面与喷嘴（3）中圆锥形内腔（3-1）的大开口端边缘固定连接，且将喷嘴（3）中圆锥形内腔（3-1）的大开口端完全覆盖。
2.根据权利要求1所述的基于纵振夹心换能器的压电微喷装置，其特征在于所述纵振压电陶瓷片（1-3）截面为方形或圆形。
3.根据权利要求1所述的基于纵振夹心换能器的压电微喷装置，其特征在于所述纵振压电陶瓷片（1-3）均沿厚度方向极化，且相邻两片纵振压电陶瓷片（1-3）的极化方向相反。
4.根据权利要求1所述的基于纵振夹心换能器的压电微喷装置，其特征在于所述变幅杆（1-2）与振动片（2）连接位置位于振动片（2）中心位置。
5.根据权利要求1所述的基于纵振夹心换能器的压电微喷装置，其特征在于所述圆锥形内腔（3-1）与喷射通孔（3-3）同轴。
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