CN106179931B - 一种超声换能器的换能单元 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超声换能技术领域，尤其涉及一种超声换能器的换能单元，该换能单元，包括密封的铟钢壳和设置在所述铟钢壳内的压电陶瓷环，其中，压电陶瓷环的外侧银层紧贴铟钢壳设置，在压电陶瓷环与壳体之间去除了油介质，提高了换能效率，同时压电陶瓷环的外侧银层紧贴铟钢壳，使压电陶瓷环产生的热量通过铟钢壳散出，在不影响散热的情况下，减少现有超声换能器的换能单元超声波损耗的问题，且该换能单元采用密封壳结构，避免换能器在使用过程中有传输介质进入，另外铟钢的热膨胀系数小于压电陶瓷的热膨胀系数，因此随着温度的增高，压电陶瓷环与铟钢壳之间的贴合度更好，使换能单元的工作性能更稳定。
Description
技术领域
本发明涉及超声换能技术领域，尤其涉及一种超声换能器的换能单元。
背景技术
现有的超声换能器一般包括壳体、一个或者多个压电陶瓷元件和设置在壳体和压电陶瓷元件之间的非固定填充层，其中，该非固定填充层是换能器散热所需的重要组成部分，尤其是大超声换能器，其产生的热量较大，为了有效散热，在压电陶瓷元件与壳体之间必需设置用于散热的非固定填充层，最常用的非固体填充层是油。
而在实际应用中，油层等非固体填充层虽然对散热起到一定的作用，但超声波经过油层等非固体填充层后会产生很大损耗，降低换能效率。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种超声换能器的换能单元，在不影响散热的情况下，减少现有超声换能器的换能单元超声波损耗的问题。
(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器的换能单元，包括：
铟钢壳，所述铟钢壳为密封结构；
压电陶瓷环，所述压电陶瓷环包括所述压电陶瓷环体，及分别设置在所述压电陶瓷环体的内侧银层和外侧银层；
所述压电陶瓷环设置在所述铟钢壳内，且所述外侧银层紧贴所述铟钢壳。
优选地，所述铟钢壳为包括盖体和壳体，所述压电陶瓷环设置在所述壳体内，所述盖体与所述壳体螺纹连接。
优选地，在所述盖体上还设有用于线路连接的航空插头。
优选地，还包括内导电环，所述内导电环为开放式环状结构，且所述内导电环的外侧周长大于压电陶瓷环的内侧周长，在圆周方向上所述内导电环覆盖并紧贴所述压电陶瓷环的内侧银层。
优选地，在所述内导电环内侧还设有弹性绝缘保护环。
优选地，所述弹性绝缘保护环为开放式环状结构。
优选地，所述弹性绝缘保护环的开放端与所述内导电环的开放端错开设置。
优选地，所述所述内导电环的外侧周长与压电陶瓷环的内侧周长之差为0.2-0.8mm。
优选地，所述内导电环的外侧周长与压电陶瓷环的内侧周长之差为0.5mm。
优选地，所述内导电环为铍青铜制成。
(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器的换能单元，包括密封的铟钢壳和设置在所述铟钢壳内的压电陶瓷环，其中，该压电陶瓷环包括压电陶瓷环体，以及分别设置在该压电陶瓷环体内的内侧银层和压电陶瓷环体外的外侧银层，且外侧银层紧贴铟钢壳设置，在压电陶瓷环与壳体之间去除了油介质，提高了换能效率，同时压电陶瓷环的外侧银层紧贴铟钢壳，使压电陶瓷环产生的热量通过铟钢壳散出，在不影响散热的情况下，减少现有超声换能器的换能单元超声波损耗的问题，且该换能单元采用密封壳结构，避免换能器在使用过程中有传输介质进入，另外铟钢的热膨胀系数小于压电陶瓷的热膨胀系数，因此随着温度的增高，压电陶瓷环与铟钢壳之间的贴合度更好，使换能单元的工作性能更稳定。
附图说明
图1是本发明实施例一超声换能器的换能单元分解状态结构示意图；
图2是本发明实施例一超声换能器的换能单元剖面示意图；
图3是本发明实施例一内导电环结构示意图；
图4是本发明实施例二超声换能器的换能单元分解状态结构示意图；
图5是本发明实施例二超声换能器的换能单元剖面示意图。
图中：1：压电陶瓷环；2：内导电环；3：弹性绝缘保护环；4：壳体；5：盖体；51：航空插头。
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。
实施例一
如图1和图2所示，本发明实施例提供的超声换能器的换能单元，包括密封的铟钢壳和设置在所述铟钢壳内的压电陶瓷环1，其中，该压电陶瓷环1包括压电陶瓷环体，以及分别设置在该压电陶瓷环体内的内侧银层和压电陶瓷环体外的外侧银层，且外侧银层紧贴铟钢壳设置。
与传统换能单元相比，本实施例中的压电陶瓷环1与壳体之间去除了油介质，提高了换能效率，同时压电陶瓷环1的外侧银层紧贴铟钢壳，使压电陶瓷环1产生的热量通过铟钢壳散出，在不影响散热的情况下，减少现有超声换能器的换能单元超声波损耗的问题，且该换能单元采用密封壳结构，避免换能器在使用过程中有传输介质(一般为水)进入。
另外铟钢的热膨胀系数小于压电陶瓷的热膨胀系数，因此随着温度的增高，压电陶瓷环1与铟钢壳之间的贴合度更好，使换能单元的工作性能更稳定。
为了方便组装，优选地，如图1所示，铟钢壳包括盖体5和壳体4，具体地，壳体4为一端开口的筒状结构，所述压电陶瓷环1设置在所述壳体4内，盖体5盖合在壳体4上实现密封，优选地，盖体5壳体4螺纹连接。
为了方便多个换能单元串联或并联使用，如图1所示，在盖体5上设置航空插头51，该航空插头51一端位于盖体5内，分别利用线缆连接压电陶瓷环1的正负极，另一端伸出盖体5外，方便与其它换能单元连接，优选地，航空插头51在盖体5的穿设处设有密封圈。
进一步地，如图1和图2所示，在压电陶瓷环1的内侧银层外设置内导电环2包括内导电环2，其中内导电环2设置在压电陶瓷环1的内侧，且内导电环2为开放式环状结构，该内导电环2的外侧周长大于压电陶瓷环的内侧周长，当内导电环2的开放端对齐时，内导电环2产生预应力，使内导电环2全面的更加贴紧压电陶瓷环1的内侧银层，并防止内导电环2从压电陶瓷环2上脱落，使内侧银层得到很好的保护。
如图3所示是常态下内导电环2结构，其中一个开放端压在另一个开放端上，放置在压电陶瓷环1内，通过外力使其两个开放端对齐设置。
由于压电陶瓷环1材料较脆，为了避免压电陶瓷环1破碎，综合考虑安装及内导电环2的固定稳定性，优选地，内导电环2的外侧周长与压电陶瓷环1的内侧周长之差为0.2-0.8mm，在该范围内，方便内导电环2安装，且产生的预应力足够使内导电环2稳定的固定在陶瓷环1的内侧，更优选地，内导电环的外侧周长与压电陶瓷环的内侧周长之差为0.5mm。
为了更好的保护和支撑内导电环2，如图1和图2所示，在内导电环2的内侧还设置弹性绝缘保护环3，该弹性绝缘保护环3全部覆盖内导电环2的内侧，对内导电环起到支撑保护的作用，进一步防止内导电环脱落
进一步地，如图1所示，为了安装方便和支撑内导电环2，弹性绝缘保护环3为开放式环状结构，且在安装时，弹簧绝缘保护环3的开放端与内导电环2的开放端错开设置，优选地，两者的开放端相对侧设置。
其中，弹性绝缘保护环3的材料优选为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯树脂、聚酰亚胺、聚碳酸酯或聚四氟乙烯，具有适当弹性效果更好。
优选地，内导电环采用高导电性的铍青铜材料制成。
实施例二
如图4和图5所示，本实施例二与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：壳体3为两端均设有开口的筒状结构，在组装时，将该筒状的壳体4套设在压电陶瓷环1的外侧，然后将两个盖体5分别盖合在壳体4的两端。
优选地，其中一个盖体5上设置航空插头。
综上所述，本发明提供的超声换能器的换能单元，在压电陶瓷环与壳体之间去除了油介质，提高了换能效率，同时压电陶瓷环的外侧银层紧贴铟钢壳，使压电陶瓷环产生的热量通过铟钢壳散出，在不影响散热的情况下，减少现有超声换能器的换能单元超声波损耗的问题，且该换能单元采用密封壳结构，避免换能器在使用过程中有传输介质进入，另外铟钢的热膨胀系数小于压电陶瓷的热膨胀系数，因此随着温度的增高，压电陶瓷环与铟钢壳之间的贴合度更好，使换能单元的工作性能更稳定。
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)
1.一种超声换能器的换能单元，其特征在于，包括：
铟钢壳，所述铟钢壳为密封结构；
压电陶瓷环，所述压电陶瓷环包括所述压电陶瓷环体，及分别设置在所述压电陶瓷环体的内侧银层和外侧银层；
所述压电陶瓷环设置在所述铟钢壳内，且所述外侧银层紧贴所述铟钢壳；所述铟钢壳为包括盖体和壳体，所述压电陶瓷环设置在所述壳体内，所述盖体与所述壳体螺纹连接；
还包括内导电环，所述内导电环为开放式环状结构，且所述内导电环的外侧周长大于压电陶瓷环的内侧周长，在圆周方向上所述内导电环覆盖并紧贴所述压电陶瓷环的内侧银层。
2.根据权利要求1所述的换能单元，其特征在于：在所述盖体上还设有用于线路连接的航空插头。
3.根据权利要求1所述的换能单元，其特征在于：在所述内导电环内侧还设有弹性绝缘保护环。
4.根据权利要求3所述的换能单元，其特征在于：所述弹性绝缘保护环为开放式环状结构。
5.根据权利要求4所述的换能单元，其特征在于：
所述弹性绝缘保护环的开放端与所述内导电环的开放端错开设置。
6.根据权利要求1所述的换能单元，其特征在于：所述内导电环的外侧周长与压电陶瓷环的内侧周长之差为0.2-0.8mm。
7.根据权利要求6所述的换能单元，其特征在于：所述内导电环的外侧周长与压电陶瓷环的内侧周长之差为0.5mm。
8.根据权利要求3-7任一项所述的换能单元，其特征在于：所述内导电环为铍青铜制成。
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