CN106311583A - 一种超声换能器及医疗超声手持件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到医疗器械的技术领域，尤其涉及到一种超声换能器及医疗超声手持件。该超声换能器包括：共振腔杆，套装在共振腔杆上的晶堆，以及设置在共振腔杆两端的前端盖及后质量块，其中，晶堆为能够产生两个相对振动方向的振动的晶堆；共振腔杆用于扩大晶堆的振动并将振动传递到前端盖的工作部。在上述技术方案中，超声换能器采用能够产生两个相对振动方向的晶堆，增加了共振腔杆的相位移，使得超声换能器以较低的功率实现较大的相位移振动，实现了以较低的功率驱动共振腔杆产生较大的相位移振动的效果，从而减少了超声换能器的能耗，降低了超声换能器的发热量、提高了能量的利用率。并且由于减少了发热量，从而提高了超声换能器的使用寿命。

Description

一种超声换能器及医疗超声手持件

技术领域

本发明涉及到医疗器械的技术领域，尤其涉及到一种超声换能器及医疗超声手持件。

背景技术

医疗器械技术领域中超声技术应用有很多，如超声切割和洁牙等。基本原理都是应用高频的超声振动达到相应效果，而该振动方向一般均为笛卡尔坐标XYZ中上Y轴的轴中心方向。而产生这种振动的装置为超声换能器，如图1所示，图1示出了现有技术中的超声换能器的结构，现有技术中的超声换能器采用夹心式结构方式，共振腔杆2，套装在共振腔杆2上的压电陶瓷片1，以及与共振腔杆2连接的前质量块3；前质量块3为金属零件，Y轴中心用螺栓把这三个部分联合起来组成超声换能器。现有技术中的超声换能器产生沿轴向方向的纵向长度振动，是一种一维振动模式，振动区域的大小意味着超声切割区域大小，显然该区域越大，超声应用的效果越好。目前，医疗用的超声换能器均采用上述的振动方式，为了达到相应的比较好的超声医疗效果，需要对换能器施加更大的电功率，从而增大了换能器的前质量块3端面的相位移。然而，这会导致换能器发热量增大，使得换能器的寿命更短。

发明内容

本发明提供了一种超声换能器，用以提高超声换能器的相位移，同时增加的使用寿命。

本发明提供了一种超声换能器，该超声换能器包括：共振腔杆，套装在所述共振腔杆上的晶堆，以及设置在所述共振腔杆两端的前端盖及后质量块，其中，

所述晶堆为能够产生两个相对振动方向的振动的晶堆；所述共振腔杆用于扩大所述晶堆的振动并将所述振动传递到所述前端盖的工作部。

在上述技术方案中，超声换能器采用能够产生两个相对振动方向的晶堆，从而使得共振腔杆能够实现不同的方向的振动，进而增加了共振腔杆的相位移，使得超声换能器以较低的功率实现较大的相位移振动，与现有技术中的单一方向振动的超声换能器相比，实现了以较低的功率驱动共振腔杆产生较大的相位移振动的效果，从而减少了超声换能器的能耗，降低了超声换能器的发热量、提高了能量的利用率。并且由于减少了发热量，从而提高了超声换能器的使用寿命。

优选的，所述晶堆的个数为一个，且所述一个晶堆通过所述后质量块固定在所述共振腔杆上。

优选的，所述共振腔杆包括共振腔体以及设置在所述共振腔体两端的第一连接杆及第二连接杆，且所述后质量块固定在所述第一连接杆，所述前端盖固定在所述第二连接杆。

优选的，所述晶堆的个数为两个，且所述两个晶堆分别固定在所述第一连接杆及第二连接杆。

优选的，所述第一连接杆上设置有第一凸肩，所述后质量块与所述第一凸肩配合将一个晶堆锁定在第一连接杆；

所述第二连接杆上设置有第二凸肩，所述前端盖上设置有第三凸肩，且所述第二凸肩与所述第三凸肩配合将所述另一个晶堆锁定在所述第二连接杆。

优选的，所述第一连接杆及第二连接杆的端部分别设置有螺纹，所述后质量块与所述前端盖分别与所述第一连接杆及第二连接杆螺纹连接。

优选的，所述晶堆包括多个层叠设置的压电圆环，每个压电圆环上设置有沿第一方向极化的第一极化部，及沿第二方向极化的第二极化部。

优选的，所述晶堆包括多个层叠设置的压电圆环，每个压电圆环上设置有未极化的第一极化部，以及沿所述压电圆环轴向方向极化的第二极化部。

优选的，所述第一极板的端面面积占所述压电圆环端面面积的三分之一，所述第二极板的端面面积占所述压电圆环端面面积的三分之二。

优选的，所述晶堆的压电圆环的个数为偶数个。

本发明还提供了一种医疗超声手持件，该手持件包括上述任一项所述的超生换能器。

在上述技术方案中，超声换能器采用能够产生两个相对振动方向的晶堆，从而使得共振腔杆能够实现不同的方向的振动，进而增加了共振腔杆的相位移，使得超声换能器以较低的功率实现较大的相位移振动，与现有技术中的单一方向振动的超声换能器相比，实现了以较低的功率驱动共振腔杆产生较大的相位移振动的效果，从而减少了超声换能器的能耗，降低了超声换能器的发热量、提高了能量的利用率。并且由于减少了发热量，从而提高了超声换能器的使用寿命。

附图说明

图1为现有技术中的超声换能器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的超声换能器的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的超声换能器的共振腔杆的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的晶堆的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的第一晶堆的电连接原理图；

图6为本发明实施例提供的第一晶堆与第二晶堆电连接原理图。

附图标记：

1-压电陶瓷片 2-共振腔杆 3-前质量块

10-共振腔杆 11-共振腔体 12-第一连接杆

121-第一凸肩 13-第二连接杆 131-第二凸肩

20-前端盖 21-工作部 22-第三凸肩

30-后质量块 40-晶堆 41-压电圆环

411-第一极化部 412-第二极化部

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图2所示，图2示出了本发明实施例提供的超声换能器的结构示意图。

本发明实施例提供了一种超声换能器，该超声换能器包括：共振腔杆10，套装在共振腔杆10上的晶堆40，以及设置在共振腔杆10两端的前端盖20及后质量块，其中，

晶堆40为能够产生两个相对振动方向的振动的晶堆40；共振腔杆10用于扩大晶堆40的振动并将振动传递到前端盖20的工作部21。

在本发明的实施例中，超声换能器采用能够产生两个相对振动方向的晶堆40，从而使得共振腔杆10能够实现不同的方向的振动，进而增加了共振腔杆10的相位移，使得超声换能器以较低的功率实现较大的相位移振动，与现有技术中的单一方向振动的超声换能器相比，实现了以较低的功率驱动共振腔杆10产生较大的相位移振动的效果，从而减少了超声换能器的能耗，降低了超声换能器的发热量、提高了能量的利用率。并且由于减少了发热量，从而提高了超声换能器的使用寿命。

为了方便对本发明实施例提供的超声换能器的理解，下面结合附图以具体的实施例进行详细的说明。

继续参考图2，本实施例提供的超声换能器由共振腔杆10及晶堆40组成，其中，晶堆40套装在共振腔杆10上，并与电源连接。

本实施例提供的共振腔杆10包括共振腔体11以及设置在共振腔体11两端的第一连接杆12及第二连接杆13，且后质量块固定在第一连接杆12，前端盖20固定在第二连接杆13，在具体连接时，第一连接杆12及第二连接杆13的端部分别设置有螺纹，后质量块30与前端盖20分别与第一连接杆12及第二连接杆13螺纹连接。具体的，如图3所示，共振腔杆10包含一个共振腔体11以及分别设置在共振腔体11两端部的两个杆体，其中，第一杆体与前端盖20连接，该前端盖20上设置有一个杆体，该杆体为工作部21，即振动幅度最大的部位。第二杆体与后质量块30连接。

在使用时，晶堆40套装在共振腔杆10上，并在通电后产生两个方向上的振动，具体的，产生平行于共振腔杆10长度方向的振动，以及产生垂直于共振腔杆10长度方向上的振动，晶堆40产生的振动通过共振腔体11传递到前端盖20上的工作部21上，产生水平振动以及弯曲振动，从而增大工作部21的振动幅度。使得超声换能器以较低的能耗即可实现较大的振幅。

如图4所示，图4示出了本实施例提供的晶堆40的结构示意图；本实施例提供的晶堆40包括多个层叠设置的压电圆环41，每个压电圆环41包括具有两个不同极化方向的部分，分别为第一极化部411和第二极化部412，所述第一极化部411沿第一方向极化，所述第二极化部412沿第二方向极化，优选地，二者的极化方向均沿压电圆环41的轴向方向，但相反。当外加高频激励电信号加到压电圆环41上时，第一极化部411产生收缩形变，而与其相对应的第二极化部412产生膨胀形变，因此在压电圆环41中将产生一弯曲力矩，从而激发整个结构产生弯曲振动，即同时在换能器轴向上产生长度振动，又在径向方向上产生弯曲振动。

作为可替代的实施方式，每个压电圆环41包括第一极化部411和第二极化部412，所述第一极化部411未极化，所述第二极化部412沿所述压电圆环41的轴向方向极化。当外加高频激励电信号加到压电圆环41上时，第一极化部411不产生形变，而与其相对应的第二极化部412产生膨胀或收缩形变，因此在压电圆环41中将产生一弯曲力矩，从而激发整个结构产生弯曲振动，即同时在换能器轴向上产生长度振动，又在径向方向上产生弯曲振动。

在压电圆环41的两侧分别涂覆有金属涂层，作为导电用电极片，优选地，通过被银工艺在第一极化部411的两侧和第二极化部412的两侧涂覆上一层银。需要注意的是，通过在晶堆40中的两个压电圆环41之间设置电极片以为压电圆环41提供高频激励电信号也属于本发明公开保护的部分。

具体的，如图4所示，本实施例提供的晶堆40由多个压电圆环41堆积而成，并且为了实现堆积形成的晶堆40能够实现两个方向上的振动，本实施例提供的压电圆环41上具有两个极化方向相反的极化部，分别为第一极化部411及第二极化部412，并且在堆积时，第一极化部411与第一极化部411对应连接，第二极化部412及第二极化部412对应连接，每个相邻压电圆片41的贴合部分电极极性相同。在具体设置时，为了合理的调整振动方向的配合，即调整两个振动方向的振动幅度，较佳的，第一极化部411的端面面积占压电圆环41端面面积的三分之一，第二极化部412的端面面积占压电圆环41端面面积的三分之二。通过上述设置，使得在两个方向上的组合形成的振动的幅度较大，在较小的能耗下实现较大的振动幅度，同时也降低了产生的热能，提高了使用的寿命。

如图5所示，图5示出了晶堆40的通电示意图，两个相邻压电圆环41相贴合部分电极极性相同。例如，从图5的左侧向右依次看，第一压电圆环41的左侧为正极、右侧为负极，第二压电圆环41的左侧为负极、右侧为正极，以此类推。即在多个压电圆环41堆积时，每个压电圆环41的正极与相邻的压电圆环41的正极连接、每个压电圆环41的负极与相邻的压电圆环41的负极连接；在堆积形成的晶堆40中，晶堆40的压电圆环41的个数为偶数个。

在超声换能器具体设置时，晶堆40的个数可以根据需要进行选择，既可以采用一个晶堆40，也可以采用两个晶堆40，在具体使用时，可以根据实际的使用要求进行限定。

在晶堆40的个数为一个时，该晶堆40固定在共振腔杆10上。此时的共振腔杆10与现有技术中的共振腔杆2类似。具体的，晶堆40采用上述具体实施例描述的压电圆环41堆积形成的晶堆40，且该晶堆40在具体设置在共振腔杆10上，在具体设置时，压电圆环41套装在共振腔杆10上，并通过后质量块30将晶堆40锁定共振腔杆10上。在具体设置时，共振腔杆10上设置有螺纹，后质量块30上设置有螺纹孔，后质量块30与共振腔杆10螺旋连接，并在螺旋过程中，将多个压电圆环41锁紧在共振腔杆10上。

在晶堆40的个数为两个时，两个晶堆40分别固定在第一连接杆12及第二连接杆13。具体的，两个晶堆40分别为第一晶堆40和第二晶堆40，第一晶堆40套装在第一连接杆12上，第二晶堆40套装在第二连接杆13上。在具体设置时，两个晶堆40均通过凸肩进行锁紧；具体的，第一连接杆12上设置有第一凸肩121，后质量块30与第一凸肩121配合将一个晶堆40锁定在第一连接杆12；并且第二连接杆13上设置有第二凸肩131，前端盖20上设置有第三凸肩22，且第二凸肩131与第三凸肩22配合将另一个晶堆40锁定在第二连接杆13。在具体连接时，前端盖20和后质量块30均是通过螺纹与连接杆锁紧连接，并通过连接杆上设置的凸肩以及前端盖20及后质量块30上设置的凸肩进行锁紧。在采用两个晶堆40时，两个晶堆40分别设置在共振腔体11的两侧。

如图6所示，图6示出了两个晶堆40的通电示意图，从图中可以看出，第一晶堆40与第二晶堆40并联导通，具体的，上排为第一晶堆40，下排为第二晶堆40，与一个晶堆的设置类似，两个相邻压电圆环41相贴合部分电极极性相同。对于上排的第一晶堆40，从图6的左侧向右依次看，第一压电圆环41的左侧为正极、右侧为负极，第二压电圆环41的左侧为负极、右侧为正极，以此类推。对于下排的第二晶堆40，从图6的左侧向右依次看，第一压电圆环41的左侧为负极、右侧为正极，第二压电圆环41的左侧为正极、右侧为负极，以此类推。即在多个压电圆环41堆积时，每个压电圆环41的正极与相邻的压电圆环41的正极连接、每个压电圆环41的负极与相邻的压电圆环41的负极连接，第一晶堆40和第二晶堆40的导电极性相反。

进一步地，第一个晶堆40产生的振动通过共振腔杆10后传递到第二个晶堆40，与第二个晶堆40产生的振动进行叠加，之后形成的振动传动的前端盖20上的工作部21，应当理解的是，在具体使用时，两个晶堆40产生的振动是能够相互叠加的，从而增大振动的幅度，使得在较低的能耗下，产生较大的振动幅度，提高能量利用率，同时降低产生的热量，提高产品的使用寿命。

此外，本发明实施例还提供了一种医疗超声手持件，该手持件包括上述任一项的超生换能器。

在本发明的实施例中，超声换能器采用能够产生两个相对振动方向的晶堆40，从而使得共振腔杆10能够实现不同的方向的振动，进而增加了共振腔杆10的相位移，使得超声换能器以较低的功率实现较大的相位移振动，与现有技术中的单一方向振动的超声换能器相比，实现了以较低的功率驱动共振腔杆10产生较大的相位移振动的效果，从而减少了超声换能器的能耗，降低了超声换能器的发热量、提高了能量的利用率。并且由于减少了发热量，从而提高了超声换能器的使用寿命。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种超声换能器，其特征在于，包括：共振腔杆，套装在所述共振腔杆上的晶堆，以及设置在所述共振腔杆两端的前端盖及后质量块，其中，

所述晶堆为能够产生两个相对振动方向的振动的晶堆；所述共振腔杆用于扩大所述晶堆的振动并将所述振动传递到所述前端盖的工作部。

2.如权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述晶堆的个数为一个，且所述一个晶堆通过所述后质量块固定在所述共振腔杆上。

3.如权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述共振腔杆包括共振腔体以及设置在所述共振腔体两端的第一连接杆及第二连接杆，且所述后质量块固定在所述第一连接杆，所述前端盖固定在所述第二连接杆。

4.如权利要求3所述的超声换能器，其特征在于，所述晶堆的个数为两个，且所述两个晶堆分别固定在所述第一连接杆及第二连接杆。

5.如权利要求4所述的超声换能器，其特征在于，所述第一连接杆上设置有第一凸肩，所述后质量块与所述第一凸肩配合将一个晶堆锁定在第一连接杆；

所述第二连接杆上设置有第二凸肩，所述前端盖上设置有第三凸肩，且所述第二凸肩与所述第三凸肩配合将所述另一个晶堆锁定在所述第二连接杆。

6.如权利要求5所述的超声换能器，其特征在于，所述第一连接杆及第二连接杆的端部分别设置有螺纹，所述后质量块与所述前端盖分别与所述第一连接杆及第二连接杆螺纹连接。

7.如权利要求1～6任一项所述的超声换能器，其特征在于，所述晶堆包括多个层叠设置的压电圆环，每个压电圆环上设置有沿第一方向极化的第一极化部，及沿第二方向极化的第二极化部。

8.如权利要求1～6任一项所述的超声换能器，其特征在于，所述晶堆包括多个层叠设置的压电圆环，每个压电圆环上设置有未极化的第一极化部，以及沿所述压电圆环轴向方向极化的第二极化部。

9.如权利要求7所述的超声换能器，其特征在于，所述第一极化部的端面面积占所述压电圆环端面面积的三分之一，所述第二极化部的端面面积占所述压电圆环端面面积的三分之二。

10.如权利要求8所述的超声换能器，其特征在于，所述第一极化部的端面面积占所述压电圆环端面面积的三分之一，所述第二极化部的端面面积占所述压电圆环端面面积的三分之二。

11.如权利要求7所述的超声换能器，其特征在于，所述晶堆的压电圆环的个数为偶数个。

12.一种医疗超声手持件，其特征在于，包括如权利要求1～11任一项所述的超生换能器。