CN105964526B - 一种超声换能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及换能装置技术领域，尤其涉及一种超声换能装置。该超声换能装置，包括壳体和设置在所述壳体内的换能模组，所述换能模组包括多个串联且同轴依次排列的换能部；其中，每个所述换能部均包括压电陶瓷环、外导电层和内导电层，所述外导电层与所述压电陶瓷环的外银层贴合设置，所述内导电层与所述压电陶瓷环的内银层贴合设置。在不影响各换能部导电性能的情况下，避免直接在银层焊接，从而避免因焊接或者震动导致的银层脱落、压电陶瓷环震动不均和易碎裂的问题发生，使换能装置功率稳定，并提高其使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及换能装置技术领域，尤其涉及一种超声换能装置。
背景技术
目前市场上的换能装置内部压电陶瓷环的内外侧均设有银层，分别作为压电陶瓷环的正极和负极，并且压电陶瓷环的正极与正极、负极与负极均采用焊线焊接，易使银层脱落，不但使其功率下降，并而且会造成压电陶瓷环震动不均，使压电陶瓷环在震动过程中产生碎裂现象，影响换能装置整体寿命。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有超声换能装置中因各压电陶瓷环之间直接通过焊线在银层上焊接，而易导致压电陶瓷环的银层脱落、压电陶瓷环震动不均和易碎裂的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超声换能装置，包括壳体和设置在所述壳体内的换能模组，所述换能模组包括多个串联且同轴依次排列的换能部；
其中，每个所述换能部均包括压电陶瓷环、外导电层和内导电层，所述外导电层与所述压电陶瓷环的外银层贴合设置，所述内导电层与所述压电陶瓷环的内银层贴合设置。
其中，每个所述外导电层均设有翻边，各个外导电层的翻边通过长形铜带连接，且每个所述翻边至少有部分与所述长形铜带贴合接触；
每个所述内导电层的两端均伸出所述压电陶瓷环外，相邻的两个所述换能部的内导电层通过环形铜带连接。
其中，每个所述翻边均通过卡扣与所述长形铜带固定连接。
其中，每个所述换能部均包括支撑管，所述支撑管设置在所述内导电层的内侧，且所述支撑管的两端与所述内导电层的两端齐平，用于压固所述内导电层。
进一步地，超声换能装置还包括支撑架，每个所述换能部均通过所述支撑管套设于所述支撑架上，在所述支撑架的两端分别设置一个压紧固定块，用于压紧固定各个换能部。
其中，所述支撑架包括架体和两根分别设置于所述架体两端的固定柱，其中，所述架体由三块支撑板组成，且所述三块支撑板之间呈角度设置，其横截面呈Y型，两根所述固定柱分别设置于所述架体的两端，用于穿设所述固定块。
其中，所述支撑管为碳纤维管。
其中，所述外导电层和内导电层均为铜皮制成、
其中，每个所述换能部的外导电层上均缠绕有铟钢丝。
进一步地，超声换能装置还包括：
控制器；
数据采集器，所述数据采集器包括电压传感器、电流传感器和温度传感器，所述电压传感器、电流传感器和温度传感器均与所述控制器连接，用于将所述换能模组端部的电流和电压数据及所述换能模组的温度传输给所述控制器；
超声波功率源，所述超声波功率源分别与所述控制器和所述换能模组连接。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的超声换能装置，包括壳体和设置在所述壳体内的换能模组，所述换能模组包括多个串联且同轴依次排列的换能部；其中，每个所述换能部均包括压电陶瓷环、外导电层和内导电层，所述外导电层与所述压电陶瓷环的外银层贴合设置，所述内导电层与所述压电陶瓷环的内银层贴合设置。在不影响各换能部导电性能的情况下，避免直接在银层焊接，从而避免因焊接或者震动导致的银层脱落、压电陶瓷环震动不均和易碎裂的问题发生。
通过翻边和长形铜连接各个外导电层，通过环形铜带连接各个内导电层，避免采用焊接方式连接，从而避免因工作时产生高温，易使焊点熔化，导致短路和断路问题的出现。
通过设置控制器、数据采集器使换能装置保持使用最佳频率达到声功率最大，同时避免因人工调节精度不够，而造成的电能消耗过多，甚至因操作失误引起换能装置相关装备部件的损坏的问题发生。
附图说明
图1是本发明实施例超声换能装置结构示意图；
图2是本发明实施例超声换能装置内部结构示意图；
图3是图2的B部放大示意图；
图4是图2的A-A剖面示意图；
图5是本发明实施例换能部的结构示意图；
图6是本发明实施例超声换能装置的支撑架结构示意图。
图中：1：壳体；11：换能部；111：压电陶瓷环；112：外导电层；1121：翻边；113：内导电层；114：导电管；12：压紧固定块；13：支撑架；131：支撑板；132：固定柱；2：多芯接插件；3：数据采集器；4：马笼头；5：凯装电缆；6：控制器；7：超声波功率源；8：长形铜带；9：环形铜带；10：卡扣；100：触屏显示器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2和图5所示，本发明实施例提供的超声换能装置包括壳体1和均设置在壳体1内的换能模组，该换能模组包括多个换能部11，多个换能部11之间为串联，且每个换能部11均包括压电陶瓷环111、外导电层112和内导电层113，外导电层112设置在压电陶瓷环111的外侧，并与压电陶瓷环111的外银层(涂覆于压电陶瓷环的外表面的银层，图中未示出)贴合设置，使其与外银层之间能够充分导电；内导电层113设置在压电陶瓷环111的内侧，并与压电陶瓷环111的内银层(涂覆于压电陶瓷环的内表面的银层，图中未示出)贴合设置，使其与内银层之间能够充分导电，避免直接在内外银层焊接，从而避免因焊接或者震动导致的银层脱落、压电陶瓷环111震动不均和易碎裂的问题发生。
多个换能部11同轴依次排列，即每个换能部11的压电陶瓷环111之间同轴设置，使多个换能部11组成的换能模组呈圆柱形，减少超声波的互相干扰。
具体地，如图3和图5所示，每个换能部11的外导电层112均设有翻边1121，各个外导电层112的翻边1121通过长形铜带8连接，其中，长形铜带8沿压电陶瓷环111的轴线设置，每个翻边1121至少有部分与压电陶瓷环111的轴线平行，使翻边1121与长形铜带8之间为面接触，提高导电质量和效率；每个换能部11的内导电层113的两端均伸出压电陶瓷环111外，两个相邻换能部11的内导电层113对接，并通过环形铜带9连接，不但使相邻的内导电层能够接触，并且对相邻换能部11的相对位置起到一定的固定作用。各个换能部11的外导电层112通过翻边1121和长形铜带连接，内导电层113通过环形铜带连接，在实现各个换能部11串联的同时，避免采用焊线焊接的方式连接，从而避免因工作时产生高温，易使焊点熔化，导致短路和断路问题的出现。
进一步地，为了使各个换能部11之间保持更良好的接触，如图3和图4所示，每个翻边1121处均设置一个卡扣10，卡扣10将翻边1121与长形铜带8卡紧固定。
具体地，卡扣10为铜皮，其缠绕在翻边1121和长形铜带8上，使长形铜皮8与翻边1121紧贴。
进一步地，为了保证各换能部11之前具有良好的接触，优选地，如图2、图4和图5所示，每个外导电层112上每端各设置一个翻边1121，并且这两个翻边1121对称设置，同时与长形铜带8连接。
更进一步地，在每个换能部11的外导电层112的另一侧再设置两个翻边1121，并用另一根长形铜带8连接，减少换能部11连接不良的机率。
为了使内导电层113和外导电层112分别与内外银层贴合更稳定，优选地，如图5所示，在每个内导电层113的内侧均设置一个支撑管114，该支撑管114与内导电层113过盈配合，且支撑管114的两端与内导电层113的两端齐平，使内导电层113与内银层贴合。
优选地，支撑管114为强度和耐热性能较好的碳纤维管。
进一步地，为了使换能模组的结构更稳固，优选地，如图2和图所示，设置一个支撑架13，每个换能部11均通过支撑管114套设于支撑架13上，为了压紧固定各个换能部11，在最上端和最下端换能部11的外侧各设置一个压紧固定块12。
为了减少支撑架13对超声波的干扰，同时达到节约材料、减轻重量的目的，优选地，如图2、图4和图6所示，支撑架13包括架体和两根分别设置在架体两端的固定柱132，其中，架体由三块支撑板131组成，三块支撑板131呈角度设置，使其横截面呈Y型，架体的长度根据换能部11的数量而定，固定柱131设置在三块支撑板131连接处的两端，压紧固定块12套设于固定柱131上，压紧换能部11，使多个换能部11之间位置相对固定。
优选地，相邻两支撑板131之间的角度为120度。
考虑到导电性能、材料强度和成本问题，优选地，外导电层112和内导电层113均为铜皮制成，铜皮设置成贴合内外银层圆筒状，在达到材料强度要求的情况下，其导电效果无明显差别。
进一步地，为了防止压电陶瓷环在震动时，外导电层112脱落，并同时保证外导电层112与外银层的贴合，优选地，如图2和图5所示，在外导电层112的外侧缠绕膨胀系统与压电陶瓷环111相近的铟钢丝，使压电陶瓷环111在震动时，铜皮能够很好与外银层贴合。
目前，现有换能装置是人为控制频率只能做到每次调节100Hz，准确度低，无法调节到换能装置真正的谐振频率，因此换能装置无法达到最大功率，造成电功率转化声功率时系数降低产生过多热量。消耗过多电能。同时在操作过程中需要人员具有大量的实践经验才能做到，因此要求操作人员素质较高。需要大量培训工作时间，操作人初期操作时容易出现操作失误，引起换能装置相关装备部件的损坏，为了解决上述问题，优选地，如图1所示，本实施例的换能装置还包括控制器6、数据采集器3和超声功率源7，其中，数据采集器3包括电压传感器、电流传感器和温度传感器，其与控制器6连接，通过多芯接插件2与换能模组连接，用于将换能模组端部的电流和电压数据及换能模组的温度传输给控制器6，超声功率源7分别控制器6和换能模组连接。
为了便于各种信号的传输，及线缆与设备仪器的连接，优选地，如图1所示，控制器6和超声波功率源7通过马笼头4和凯装电缆5与数据采集器连接。
需要说明的是，马笼头用于连接电缆和下井仪器，是本领域常用的结构。
工作时，超声波功率源7向换能模组发射一定频率区间(预设)内不同频率的交流电信号，换能模组中每个换能部11均根据超声波功率源7发射的交流电信号频率震动，产生相同频率的超声波，数据采集器3每隔一定时间(预设)采集换能模组两端的电流和电压数据，并反馈给控制器6，该控制器6根据采集的电压、电流波形，进行波形分析，当电流波形高于电压波形时发出频率下调指令，反之则发出上调指令，从而确定换能装置使用最佳频率达到声功率最大。
同时，温度传感器采集换能模组的温度，并反馈给控制器6，当温度高于安全值(预设)时，控制器控制超声波信号源7停止工作。
进一步地，为了直观的监测换能装置当前的工作状态，优选地，设置一个与控制器连接的触屏显示器100，用于显示换能装置运行器运行参数、超声波功率源的运行参数、电流和电压的波形图等信息，同时通过触屏显示器100调整换能装置的预设参数和人式调节指令。
综上所述，本发明提供的超声换能装置通过分别在压电陶瓷环的内外银层设置相贴合的内外导电层，在不影响各换能部导电性能的情况下，避免直接在银层焊接，从而避免因焊接或者震动导致的银层脱落、压电陶瓷环震动不均和易碎裂的问题发生；通过长形铜带和环形铜带将每个换能部的串联，避免采用焊接方式连接，从而避免因工作时产生高温，易使焊点熔化，导致短路和断路问题的出现；通过设置控制器、数据采集器使换能装置保持使用最佳频率达到声功率最大，同时避免因人工调节精度不够，而造成的电能消耗过多，甚至因操作失误引起换能装置相关装备部件的损坏的问题发生。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种超声换能装置，其特征在于：包括壳体和设置在所述壳体内的换能模组，所述换能模组包括多个串联且同轴依次排列的换能部；
其中，每个所述换能部均包括压电陶瓷环、外导电层和内导电层，所述外导电层与所述压电陶瓷环的外银层贴合设置，所述内导电层与所述压电陶瓷环的内银层贴合设置；
每个所述换能部均包括支撑管，所述支撑管设置在所述内导电层的内侧，且所述支撑管的两端与所述内导电层的两端齐平，用于压固所述内导电层；
每个所述外导电层均设有翻边，各个外导电层的翻边通过长形铜带连接，且每个所述翻边至少有部分与所述长形铜带贴合接触；
每个所述内导电层的两端均伸出所述压电陶瓷环外，相邻的两个所述换能部的内导电层通过环形铜带连接。
2.根据权利要求1所述的超声换能装置，其特征在于：每个所述翻边均通过卡扣与所述长形铜带固定连接。
3.根据权利要求1所述的超声换能装置，其特征在于：还包括支撑架，每个所述换能部均通过所述支撑管套设于所述支撑架上，在所述支撑架的两端分别设置一个压紧固定块，用于压紧固定各个换能部。
4.根据权利要求3所述的超声换能装置，其特征在于：所述支撑架包括架体和两根分别设置于所述架体两端的固定柱，其中，所述架体由三块支撑板组成，且所述三块支撑板之间呈角度设置，其横截面呈Y型，两根所述固定柱分别设置于所述架体的两端，用于穿设所述固定块。
5.根据权利要求1所述的超声换能装置，其特征在于：所述支撑管为碳纤维管。
6.根据权利要求1-5任一项所述的超声换能装置，其特征在于：所述外导电层和内导电层均为铜皮制成。
7.根据权利要求6所述的超声换能装置，其特征在于：每个所述换能部的外导电层上均缠绕有铟钢丝。
8.根据权利要求1所述的超声换能装置，其特征在于，还包括：
控制器；
数据采集器，所述数据采集器包括电压传感器、电流传感器和温度传感器，所述电压传感器、电流传感器和温度传感器均与所述控制器连接，用于将所述换能模组端部的电流和电压数据及所述换能模组的温度传输给所述控制器；
超声波功率源，所述超声波功率源分别与所述控制器和所述换能模组连接。
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| Date | Code | Title | Description |
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Date of cancellation: 20231222 Granted publication date: 20180410 |
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