CN107206426A - 模块化的可浸没超声波管状换能器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及模块化可浸没超声波管状换能器。该超声波管状换能器(8)通过两个对称机电转换器(9a，9b)在其中央处被激活。通过两个机电转换器产生的振动被转换且随后经由联接件(10)传递到管(12a，12b)。超声波换能器在振动方面可以通过管帽(11a，11b)与其接口独立，所述管帽同样适用于将换能器连接到静止框架、自由端部或另一相似的超声波换能器。用于对机电转换器预加压的装置具有在其中央处的孔，以便允许来自换能器的线缆以及来自附近换能器的线缆经过。

Description

模块化的可浸没超声波管状换能器

技术领域

本发明涉及超声波管式换能器，以在流体介质中传播声波，且包括：

机电转换装置，具有与至少一个金属管相关的有源元件，将振动传递到流体介质，在转换装置和管之间的振动传递系统，

和，一装置，用于对所述转换装置的有源元件进行预加压。

管状超声波换能器形成径向振动以及能使得空穴在介质(具体是流体介质)中传播的波，且发现了其在精确清理或超声化学方面的应用，例如提取物质或颗粒沉淀。其目的具体是在以下部分产生超声：

在流体中且接近要被处理的表面，以使得安装效率最大化，

在要被处理的整个表面上方，所述表面可以具有数米的长度，

具有对于表面处理尽可能均匀的幅度，以使得性能均一，

沿与要被处理的表面垂直的方向，以限制损失且使得效率最大化。

背景技术

流体介质中的高功率超声是超声化学的基础。高功率超声波超声很强的动态压力。在后者超过静态压力时，它们造成空穴。空穴(其以微泡的形式放大其自身)产生大量压力和热量形式的局部能量。由此输入到介质的能量可(取决于应用)激发或加速化学反应，将紧密连结或的材料分离或将流体溶液混合，所有这些效果都是超声化学领域的。例如，可以通过在包括溶剂的流体中产生空穴而更快地清理部件的表面。还可以在要被处理的表面(例如织物)上执行溶解于流体介质中的特定化合物的沉积，以赋予其抗菌性能。其他应用的例子涉及过滤器清淤、脱气、混合、乳化、提取和破碎。

用于在流体中产生超声的优选器件包括通过机电转换器形成的换能器和设置为与流体接触的管形式的超声波发生器。机电转换器使得超声波发生器振动。垂直于超声波发生器表面的振动在流体中发出声波。

机电转换器通常是兰杰文类型(Langevin type，即通过活性材料的堆叠结构形成)，是环形压电陶瓷类型(例如在柔性材料的两个平衡配重之间经预加压)，例如是金属类型。该内容公开于文件FR1260903和EP0342446中，具有如前所述的机电转换器，其具有各自的外部预加压系统(使得能使用活性材料的固体颗粒)且经由活性材料的所述堆的中心(减小体积并改善预加压的一致性)。活性材料的所述堆随后以其共振频率供应，这沿转换器的轴线以半个波长产生纵向振动。预加压能使得在振动幅度高时确保活性材料在所述堆的所有元件之间保持挤压和接触，由此防止活性元件的撞击和破坏，甚至在高质量因素的情况下也可以。

在一侧与转换器接触且在另一侧与流体介质接触的超声波发生器是金属部件，通常用钢或钛制造，其通常采取圆柱形形状且其可以是实心或中空的。

例如，文件US4537511公开了一种非浸没型换能器，其是基于与浸没到流体中的管固定结合的机电转换器。通过转换器和管形成的整个换能器在纵向模式下被以多个半个波长激励：换能器的长度是振动的半个波长的整数倍。通过该模式，所产生的最大振动是端部的纵向振动。其产生非常高压的波，这在其轴线上造成换能器的最大空穴。

然而，可以不装配串行设置的两个换能器，因为所产生的轴向空穴将扰乱或甚至损坏位于附近的换能器。进而，径向振动确实被产生，但是其幅度比轴向振动低。已知的换能器因此对于产生径向振动来说并不是优化的，这降低了基于在管周围使用声能量的方法的效率。此外，由于在管的一侧执行管激励，所以沿管的径向振动相对于与轴线垂直且经过管中心的平面是不对称的。在从机电转换器运动离开时沿管的振动减小。

文件EP1065009公开了对管的一些几何结构方面的设计，使得管能被调节以匹配机电转换器，以尽可能使得换能器的效率最大化。该文件还公开了一种构造的示意图，其具有几个管和几个连续的转换器以及具有用于一个管的两个转换器(在管的每一个端部有一个转换器)，以便增加通过这些换能器执行的可处理长度。这些构造是基于转换器的轴向振动。它们存在的缺点是不提供用于实现均匀径向振动的器件。

具有用于管形式的超声波发生器的两个转换器的换能器的构思随意在文件US5200666中被详细公开，其名称是推拉式换能器(pushpull transducer)。换能器使用纵向模式。在换能器中心的管产生径向振动，而不是两个端部。沿换能器的声场不是均匀的，原因如下。

在所有的前述管状换能器构造中，管被纵向振动激励；管中机械振动的波长是管的纵向尺寸的整约数(integral submultiple)。后者因此必须被调节到所需的运行频率。在材料中半个波长(两个波节之间的距离)λ/2等于介质的波速c对频率f的比的一半。λ/2＝1/2c/f.对于频率f＝20kHz，在钢中c＝5600m/s，则半个波长(2个波节之间的距离)λ/2＝14cm。在钛中c＝4900m/s，λ/2＝12cm。

以这种方式产生的振动存在缺陷，因为对于管来说，振动波节之间的距离为约12到14cm。但是在它们面对不产生任何振动的波节时，流体中声场被减小，这是大区域中不存在空穴的原因。这种大的半个波长因此造成空穴区域的低均匀性，这在涉及执行表面处理时是不利的。在例如在织物上进行沉积的应用中，这会造成沉积的不规律且因此造成很差的处理质量。

此外，由于通过流体提供的缓冲和振动的纵向起源，管上每一个波腹的径向振动幅度随距发电机的距离而减小。实际上，与第一个波腹的振动相比，第五个波腹的振动被除以2到3。使用五个14cm的半个波长的钢超声波发生器具有70cm的长度。纵向半个波长的数量等于5(其为实际上的最大值)，该70cm的长度也是实际上的最大值。

在具有两个转换器的构造中，结构是对称的。由于前述的通过纵向模式引起的限制，可以将该长度限制加倍，但是不超过1.5m，除非采用具有非常不均匀振动幅度的超声波发生器。

进而，其缺陷是，仅超声波发生器能如水，且换能器不能在25kHz下用于对具有长度大于1.5m的大部件进行超声化学处理。不能串行装配几个换能器，因为转换器不能如水，且其沿换能器轴线的纵向振动将对附近的换能器产生有害效果。

因为这种尺寸和均匀性方面的限制，不能容易地处理大部件。但是，存在对大部件进行超声波清理的需要或对超声化学处理的需要。

文件EP0542016公开了具有几个频率的信号的叠加方法，以便改善所发出振动波的均匀性。虽然其在理论上是高效的，但是这种方案需要使用昂贵的且复杂的电子器件。其不能解决大尺寸部件处理的问题。

文件US6342747公开了对称管状换能器，其包括在机电转换器每一侧上的两个一半的管。该换能器基于单个中央转换器，其将轴向振动传递到两个管状共振器。换能器在管的纵向振动模式下运行。在这种构思中，不会在换能器的中央区域产生径向振动。该区域中没有径向振动将导致声场的大幅减小和空穴的消失。沿换能器的声场将因此基本上是不均匀的。进而，在该构思中，通过理论上的遮罩系统可以使得转换器浸没，所述系统与可能的框架的连接未被详细描述。此外，该构思不能实现用于解决换能器长度问题和大部件处理问题的任何调整型。

文件US4016436和US5994818提出了一种构思，所述构思是基于常规机电转换器，所述机电转换器设置为在浸没到流体中的管状超声波发生器中运动。通过转换器产生的径向振动激励在径向模式下激励超声波发生器。所述的一些构造通过置于端部处的两个转换器而执行对管的激励。在这两个文件中，换能器不浸没且不能串序使用以处理大部件。

图1A显示了根据文件US4537511中所述的现有技术的换能器(1)的示意性截面图。该已知换能器包括机电转换器(2)，将振动传递到外部介质的传递管，和定位为与转换器相反的惯性质量件(5)。通过电机转换器(2)产生的振动(6a)将管(3a)压靠惯性质量件(5)，激励管(4a)的纵向振动模式，这伴随着管的径向振动。该径向振动在定位为面对振动波腹的介质区域中产生空穴(7)。空穴(7)示意性地通过气泡表示。该径向振动和所引起的空穴随距机电转换器(2)的距离而减少。

径向振动与管的纵向模式的波长关联，且因此与管的长度关联，其随后必须被精细调节到激励信号的频率，所述激励信号对机电转换器(2)发出命令。在该纵向模式中，惯性质量件(5)沿z轴线以平移方式(6b)振动且其发出高强度的轴向超声波，其还沿换能器的z轴线造成空穴(7)。该效果在声能量必须在换能器周围径向集中时是不期望的，尤其是其不必要地消耗电功率时更加如此。

图1B和1C提供了超声换能器的两种构造，向量代表将声能量传递到介质的机械振动(14a，14b)的幅度。构造如下：

所使用的换能器为文件US4537511所述的类型，即包括机电转换器(2)和将振动传递到介质的传递管(3a)。在图1B的构造中，两个换能器(1)面对彼此装配，以增加振动产生长度。振动(14a)的幅度沿每个换能器(1)减少，且在机电转换器和管的端部之间衰减比例约为三。此外，该方案不考虑通过每一个换能器的端部向与之相对的换能器传递的大量的寄生振动波。与该方案相比，实际效果因此降低。

根据文件US5200666所述的现有技术的换能器(13)包括(图1C)两个机电转换器(2)和两个转换器共用的将振动传递到介质的传递管(3b)。振动(14b)的幅度也随距机电转换器(2)的距离而减小。该构造使得相对于与z轴线垂直且经过对称的换能器中心的平面而获得振动幅度，但不是均匀的。总长度被限制为约两个换能器的长度。

现有技术的如上状态对现有的管状换能器具有如下局限性：

结构不能完全浸没，不能以均匀的方式实施在大型结构上。

在推拉式换能器(文件US5200666)的情况下长度通常限制为0.7m到约1.5m，这不能实现对大部件的处理，从经济角度看例如与织物产业(2到4m的宽度)有关。

沿换能器的非均匀的声场受到管的共振频率和尺寸的限制，具体的振动波节和波腹彼此远离且在转换器和自由端部之间存在很大的减小，这例如不能确保对表面处理应用来说必要的处理均匀性。

不能完全将浸没机电转换器显著降低安装效率且因此增加运行成本。

发明内容

本发明的目的是对这些缺陷做出改进，且特别是用于改进围绕超声波发生器形成声场的径向振动的产生问题，所述声场相对于经过中心且垂直于轴线的平面在大的长度上是相对均匀且对称。

根据本发明的换能器其特征在于转换装置，其包括在联接件每一侧上轴向布置在管中的两个机电转换器，所述联接件位于管的中央部分且与管接触，且在管的每一个端部中配备有管帽，组件形成可浸没的对称模块。

这造成管的最大径向振动。换能器通过振动传递部分的中央位置而振动，所述振动传递部分位于相对于换能器的旋转对称轴线对称的平面中。机电转换装置因此被密封的管保护，提供了浸没换能器的可能性。振动传递部分的中央位置使得通过换能器产生的径向振动的幅度表现得均匀，实际上幅度的减少发生在每一个模块的中央的每一侧上。

根据本发明的换能器实现模块化组件。每一个模块是独立的且可通过管帽连接到其附近的模块，由此实现无限数量的模块的组装，实现无限的长度，而不影响每一个模块的性能。

根据本发明的一个特征，每一个独立模块允许以正确的频率针对最大的效率进行最佳供应。管帽可配备有振动隔离装置，其使得模块不会干扰其他模块且不被其他模块干扰。

根据优选实施例，电机械转换装置的预加压系统是中空的，以便实现对相对于参考系最远的模块的电源线缆进行引导。线缆在低机械张力下固定在钻孔的入口和出口上，以防止在换能器的操作期间它们被摩擦加热或防止它们经历高机械张力。

径向传递到管的振动产生与常规管状换能器的纵向振动模式相比波长小许多的管径向振动。振动波节和波腹因此仅分开几厘米(比常规管状换能器小5到10倍)，这能产生更接近的压力波，实现基于使用要被改进的超声波换能器的某些方法的均匀性。

根据本发明的一个特征，组成机电转换装置的两个机电转换器可被提供相同频率和幅度的信号，但是两个信号之间存在相位差。两个信号之间的相位差由此使得以两个不同模式激励装置的两个信号叠加：轴向振动被添加到管的径向振动，两个振动的组合使得振动波节的数量减小，这能改善所产生声场的均匀性且因此改善在流体中的处理。

根据另一实施例，同一相同组件的模块被单个电路供电，以便限制在换能器中行进的线缆的数量。

根据本发明的一个特征，端部模块经由管帽与外部机械接口分离，所述管帽配备有振动隔离装置，由此实现与在换能器的一侧或两侧上的任何机械框架的连接。这还是实现了在沿换能器的轴线的端部处的振动减少。

几组换能器可被装在处理机械的单个箱中。

要被超声处理的表面可以是织物。在这种情况下，织物在几个换能器周围被引导，以增加对超声的暴露。

织物条带可由此被这类在特定处理箱中的换能器容易地处理。

总的来说，本发明的一些特征可单独或组合使用：

每一个模块的有源元件的预加压装置包括穿通的轴向通道，以使得邻近模块和相对的转换器的电源线缆能够从中经过。

两个机电转换器被AC电压以相同相位或相反相位供电，以分别实现管的第一径向振动模式或管的第二轴向振动模式。

每一个机电转换器包括有源元件的堆叠结构和布置为与共用中央联接件相对的平衡配重。

通过经过两个转换器和联接件和用于挤压有源元件的堆叠结构和其平衡配重的一对固定环形成预加压装置。

每一个模块的传递管包括两个相邻的对称管，二者之间插入了联接件。

每一个模块的管帽包括解除联接部分，以在振动模式下将模块与其机械接口隔离，特别是与框架的连接部隔离，与另一并置模块的连接部隔离，和与关闭管帽的连接部隔离。

使用用于系统的激励频率的平均共振频率，不同模块被共用电路供电，所述共用电路被配置为减少经过模块的线缆数量。

附图说明

从本发明实施例的下列描述中可更明显地了解其他优点和，所述实施例仅是用于非限制例子的且显示在附图中，其中:

图1A是文件US4537511中所述的根据现有技术的管状换能器的示意图；

图1B和1C显示了根据现有技术的沿两个管状换能器的振动速度幅值；

图2A和2B显示了根据本发明的模块化换能器的振动变形，其具有两个运行模式，且相应产生了空穴区域；

图2C示出了沿图2A的模块化换能器的振动速度幅值；

图3显示了根据本发明的换能器模块的调制性和解除连接原理，显示了几个构造例子；

图4显示了图2A的超声波换能器的实施例的截面图，其中机电转换通过两个转换器执行，所述转换器通过对称有源元件的两个堆叠结构和经钻孔的预加压系统形成，所产生的机械振动随后被传递到两个管，用于将振动传递到介质；

图5显示了根据图4的换能器模块中线缆的行进和固定；

图6显示了根据本发明的模块化超声波换能器的几个电源构造，模块可被电源串联、并联或独立地供电。

图7是箱的构造的示意性截面图，其包括暴露到通过根据本发明的换能器产生的超声的部分；

图8A和8B显示了在介质中的根据本发明的几个模块化换能器的两种布置方式，以便使得在要被处理的织物条带的表面处传递到介质的声学幅度最大化；

图9是具有根据本发明的换能器的同轴圆柱形箱的构造。

具体实施方式

图2A和2B代表根据本发明的对称换能器(8)，其显示了两个不同运行模式。

在第一运行模式(图2A)中，其称为径向模式，对称的换能器(8)包括两个对称的机电转换器(9a，9b)、联接件(10)和设计为用于径向声音产生的管状结构(12a，12b)。两个转换器沿z轴线设置，在联接件(10)的每一侧上对称，所述联接件位于管状结构(12a，12b)的中央平面中，所述管状结构通过两个相邻的管(12a，12b)形成且沿着z轴线。

两个转换器(9a，9b)被以相同相位激励，产生轴向扩张振动(6c)，在联接件(10)上产生挤压。该装置随后将轴向振动(6c)转换为径向振动(6d)。该径向振动(6d)使得设计为用于径向声音产生的管状结构(12a，12b)的径向振动模式(4b)能够被激励。

振动由此根据管的径向波长产生，即比纵向模式的波长小的多的波长。通常，可以设计管状超声结构(12a，12b)，其方式是径向弯曲模式(radial flexion mode)的半个波长为约1到3cm。该半个波长比管的长度小，通常为30到60cm。其能使得多于10个的半个波长置于管上。相对地，这意味着存在许多径向振动模式。因此不需要根据激励机电转换器(9a，9b)的频率调整管的长度，这与根据现有技术的管状换能器不同。总是存在一种径向模式，其要激励的频率足够接近以转换器的振动模式共振的频率。

布置在管(12a，12b)的相反端部处的管帽(11a，11b)将换能器的圆柱形表面上的振动集中并防止轴向超声波产生。在所有振动能量产生于圆柱形表面上时，对于在含有线段z’的区域中需要声功率的方法来说，换能器的总体效率增加，其中所述线段z’平行于换能器的z轴线但置于与换能器的圆柱形表面面对。

在第二运行模式(图2B)中，称为轴向模式，根据本发明的对称的换能器(8)实施了两个对称的以相反相位激励的机电转换器(9a，9b)。这造成平移振动(6e)，由此造成根据联接件(10)的z轴线的运动。该装置随后将该振动传递到传递管(12a，12b)，进而传递到其所浸没的介质中。振动由此根据管(4c)的纵向模式形成，即根据与根据现有技术的换能器的模式相似的模式。单独的该模式的优势并不明显，但是在与前述模式组合时，这种双重的运行模式能减少波节数量，或甚至能产生沿换能器前进的波，由此实现所应用处理的显著均匀化。

图2C示出了根据本发明的一组模块化换能器(15)，包括图2A或2B的几个换能器(8)和几个管帽(11)。振动幅度(14c)在每一个模块处是对称的且最大衰减比例较低。所产生的振动幅度剖面(vibration amplitude profile)比其他两种构造中的振动幅度剖面更规律，且长度不受限制。声能量(能产生空穴)由此沿平行于z轴线的线段z’是相对均匀的。在该组模块化换能器(15)的端部处，沿z轴线几乎不产生声能量。

根据本发明的换能器的双重对称且模块化的性质使得能在更大的处理宽度上获得更规律的振动幅度，这可以符合某些应用的规律和尺寸需求(涉及大部件的超声波处理，例如通过超声辅助的在织物上进行沉积)。

图3显示了通过根据本发明的超声波换能器的模块化设计而实现的构造A1到A7。这些构造使得能够在非常不同的宽度上解决表面处理问题而没有任何理论上的限制。模块化换能器(8)通过用于将振动传递到介质(12)的装置和其管帽(11)的简化方式表示。这些成组换能器的端部包括与框架(16)、对换能器内部进行密封的单个覆盖件(17)、或根据本发明的另一换能器模块相接合的接口。

所提出的构造如下：

A1，单个模块：图2A和2B类型的换能器模块经由一个端部固定到框架(16)且经由另一端部与介质接触。模块在振动方式方面通过振动隔离装置(整合在管帽(11)中)与两个端部相独立。这种构造能够获得与根据现有技术的换能器相似的有用振动产生长度。

A2，两个模块：该构造类似于A1的构造，但是增加了与前一模块串序设置的换能器模块。在该构造中，断开联接装置(decoupling device)为两个模块所共用。该构造示出了调制原理且能使得有用振动产生长度加倍。

A3，n个模块：该构造类似于A1和A2，端部模块之间有整数[n-2]个模块(15)。模块之间的相接原理保持与构造A2中的相同。该构造能够获得理论上无限的有用振动产生长度。

A4，n个模块，双重嵌入：该构造类似于构造A3，但是两个端部连接到框架(16)。该构造能减小整个换能器的静态弯曲问题，这能实现更大的长度。

A5，相对放置的具有一个模块的两个换能器：该构造提出如构造A1中那样限定的两个换能器，放置为彼此面对，以便增加振动产生宽度。此外，覆盖件的解除联接能使得通过换能器沿纵向方向产生的干扰减小，由此降低根据现有技术的管状换能器所遇到的性能损失。

A6，相对放置的具有两个模块的两个换能器：该构造提供如构造A2中那样限定的两个换能器，以与构造A5中相同的方式且出于相同的原因而被放置为彼此面对。

A7，相对放置的具有n个模块的两个换能器：该构造提供如构造A3中那样限定的两个换能器，以与构造A5中相同的方式且出于相同的原因而被放置为彼此面对。

通过调制且通过模块化换能器的振动隔离而实现的这种构造的非限制性设定能够以更大的灵活性来解决与振动产生长度有关的各种问题。

图4提供了根据图2A和2B的模块化超声波换能器的实施例。换能器(8)包括两个机电转换器(9a，9b)、中央联接件(10)、用于将振动传递到介质的对称装置(12a，12b)、和用于在管帽(11a，11b)中执行对称振动隔离的装置。换能器相对于平面P对称，所述平面正交于旋转对称轴线z。

机电转换器(9a，9b)每一个包括有源元件(18a，18b)的堆叠结构、平衡配重(21a，21b)和预加压装置(22a，22b)。有源元件的堆叠结构通常包括环形压电制陶(19a，19b，19c，19d)的连续层(其将电信号转换为机械振动)，和执行有源材料(18a，18b)供电的电极(20a，20b，20c，20d)。

预加压装置包括中空预加压杆(23a、23b)，其支持预加压装置且能让电线经过。预加压固定环(24a，24b)执行对有源元件(18a，18b)的堆叠结构的挤压。

有源堆叠结构(18a，18b)被AC电压源供电，所述AC电压源被选择为将机电转换器(9a，9b)设定为与中心部分(25)机械共振。能使用两个振动模式。激励可以使得堆叠结构(18a，18b)的变形处于能造成中心部分(25)的轴向扩张挤压振动的机械相位，或激励能使得堆叠结构(18a，18b)的变形处于与造成中心部分(25)的轴向运动相反的机械相位。

参考图4，联接件(10)包括中央转换部分(25)、连结边沿(26)和传递部分(27)。连结边沿(26)是实心环的形式或是带孔的环的形式，其具有沿z轴线有规律地间隔开的孔。用于将振动(12)传递到介质的对称装置包括两个相同的管(12a，12b)，其围绕联接件以对称方式布置。

中央转换部分(25)将通过机电转换器(18a，18b)产生的轴向振动转换为径向振动。该径向振动经由连结边沿(26)和传递部分(27)传递到管(12a，12b)。

根据替换实施例，用于传递振动(12)的对称装置可包括含有联接件(10)的单个管，其经由管的内侧在垂直于z轴线的对称平面中起作用。

在图4中，管帽形成换能器的对称振动隔离装置，包括相对于平面P以对称方式布置的两个相同的解除联接部件(29a，29b)。这些解除联接部件使得换能器的振动方式与其机械接口(30)独立，特别是与在该组模块化换能器的端部处的与单个覆盖件(17)的连接部独立、或与另一换能器模块的连接部独立、或与框架(16)的连接部独立。该振动隔离使得可以不必将造成框架不必要运动的大量能量消耗掉，不会干扰在相关换能器附近的换能器的性能，且不会在换能器的端部产生大的轴向振动。该振动隔离装置包括两个圆柱形部件，形成管的膨大部(swelling)，以便防止由于流体介质中机械波产生的空穴而形成空腔和系统过早磨损的风险。

图5给出了图4的超声波换能器的中心部分的详细视图。其示出了所做出的用于管理电源线缆(31)的固定和行进路径的所有结构。两个机电转换器(9a，9b)通过振动转换部分(25)分离。每一个机电转换器包括在中心部分(25)的机械张力下牢固地保持平衡配重(21a，21b)和有源元件(18a，18b)的所述堆叠结构的预加压装置(22a，22b)，所述堆叠结构连续地包括电极(20a，20b，20c，20d)和有源材料(19a，19b，19c，19d)。

从电极而来的线缆被固定(32a，32b，32c，32d)在平衡配重的边缘和预加压装置的边缘处，例如通过点胶。在预加压装置(33)的边缘处的固定点之间的区域中，线缆的机械张力非常低(松弛环圈)，以便限制换能器操作期间线缆中的机械张力。隔离筒体(34)位于电极和预加压装置之间，其可以是导电的以便防止短路。该筒体可通过绝缘材料形成，例如特氟隆(注册商标)。

从根据本发明的换能器出来的线缆壳鞘(35)包括这样的线缆壳鞘，其从位于上游处的换能器(36)而来、从转换器9a(37)的中性线缆而来、从转换器9a(38)相线缆而来、从转换器9b(39)的中性线缆而来、和从转换器9b(40)的相线缆而来。

图6给出了用于通过具体电源(41)为根据本发明的三个换能器一组的模块(8)供电的不同可能构造。构造B1到B3适用于多种换能器：

B1，串联电源：在该构造中，换能器串联连接在单个电源(41)上。在有源元件的堆叠结构用作电容器时，必要电压被极大地增加，但是另一方面电流不改变。

电源(41)通过频率电压发电机形成，例如500V和25kHz。

B2，并联电源：在该构造中，换能器并联在单个电源(41)上。有源元件的堆叠结构的电容行为实现所需电流的增加，而没有任何电压的增加。

B3，独立电源：在该构造中，每一个换能器设置有其自己的电源(41)。以此方式，供电频率可被调节到每一个换能器的共振频率，且电流和电压需求不根据模块的数量而改变。另一方面，电源数量必须被调整。

图7提供了超声波换能器的实施方式的优选构造，所述超声波换能器装在填充有流体(44)的箱(43)中且被设计为执行例如通过超声进行部件清理的超声化学处理。部件(42)和换能器(8a，8b，8c，8d)之间的距离(45)被选择为在产生波的介质中的半个波长。目的是在要被处理的表面所经过的位置处使得介质中的压力幅值最大化。空穴(7)由此在要被处理的表面上最大，以便使得超声化学处理的效率最大化。该构造适于进行批量处理且适于连续处理。在沿y轴线尺寸较长的部件的情况下，部件可沿该y轴线运动，以在其z方向上的长度方向进行处理。

图8A和8B给出了用于任何介质中的一组换能器模块或超声波换能器(8a，8b，8c，8d，8e)的其他构造，其设计为通过超声化学处理材料条带(42a，42b)。材料可以例如是织物或铝。材料条带在换能器的前方以用于超声化学处理的合适速度被连续解开卷绕。要被超声处理的材料带(42a，42b)的表面被围绕换能器解开卷绕，以便使得其使用效率最大化。在换能器被以相同相位供电的实施例中，换能器(8a、8b)分离一距离(49a，49b，49c，49d)，该距离等于产生波的介质中的波长，以便在要被处理的表面经过的位置处使得介质中的压力幅值最大化。目的是确保声能量(如果可以，则确保空穴)在要被处理的表面上最大，以便使得超声化学处理的效率最大。

在具体实施例中，几个换能器存在于箱(43)中，且每一组换能器(8a，8b，8c，8d和8e)之间的距离(49a，49b，49c和49d)等于介质中的波长。该构造在半个波长的距离处使得压力最大化。优选在距换能器的该距离处放置要被处理的表面，以便使得超声化学处理的效率最大。因此，为了处理织物条带，有利的是使得其遵循将其置于每一个换能器之间距离(49a，49b，49c和49d)一半的位置处的轨迹。具有3个换能器的构造可以将表面的暴露表面加倍，同时仅将换能器的数量增加50％。

图9是箱(43)中的模块化超声波换能器(8)的实施方式的另一优选构造，其设计为执行连续流动流体处理(47)。箱(43)具有圆柱形形状，具有在每一个端部处的流体入口(46)和流体出口(48)。换能器以与箱(43)同轴的方式设置，以便使得其在流体(44)上的效率最大化。该构造实现流体的均匀超声波处理，其暴露时间取决于流体流量和所使用的换能器模块(15)的数量n。

Claims (11)

1.一种管状超声波换能器，用于在流体介质中传播声波，且包括：

机电转换装置(2，9a，9b)，具有与用于将振动传递到流体介质的至少一个金属管(3，12a，12b)相关的有源元件，

转换装置的电源线缆(37、38、39、40)，

和，所述转换装置的有源元件的预加压装置(22a，22b)，

其特征在于，转换装置包括在联接件(10、25)的每一侧上轴向布置在管(12a，12b)中的两个电机械转换器(9a，9b)，所述联接件位于管的中央部分中且与管接触，且管的每一个端部配备有管帽(11a，11b)，所述组件形成具有径向振动的能浸没的对称模块。

2.如权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于每一个模块的有源元件的预加压装置(22a，22b)包括穿通的轴向通道，以使得邻近模块和相对的转换器的电源线缆(37、38、39、40)能够从中经过。

3.如权利要求1或2所述的超声波换能器，其特征在于两个机电转换器(9a，9b)由AC电压以相同相位或相反相位供电，以分别实现管的第一径向振动模式(4b)或管的第二轴向振动模式(4c)。

4.如权利要求1到3中任一项所述的超声波换能器，其特征在于每一个机电转换器包括有源元件(19a，19b，19c，19d)的堆叠结构和布置为与共用中央联接件(10)相对的平衡配重(21a，21b)。

5.如权利要求4所述的超声波换能器，其特征在于通过经过两个转换器和联接件的中空杆(23a、23b)和用于挤压有源元件的堆叠结构和其平衡配重的一对固定环(24a，24b)形成所述预加压装置(22a，22b)。

6.如权利要求1到5中任一项所述的超声波换能器，其特征在于每一个模块的传递管包括两个相邻的对称管(12a，12b)，其间插入了联接件(25)。

7.如权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于每一个模块的管帽(11a，11b)包括解除联接部件(29a，29b)，以在振动模式下将模块与其机械接口隔离，特别是与框架(16)的连接部隔离，与另一并置模块的连接部隔离，和与关闭管帽(17)的连接部隔离。

8.如权利要求1到7中任一项所述的多个换能器的模块化组件，其特征在于使用用于系统的激励频率的平均共振频率，不同模块(8a、8b，8c，8d)被共用电路供电，所述共用电路被配置为减少经过模块的线缆数量。

9.一种处理机械，包括箱(43)，在该箱中装入根据权利要求8所述的一组换能器和要被超声处理的表面(42)，其特征在于要被处理的表面(42)定位为与管(12a，12b)的表面相距一距离，所述距离基本上等于换能器的介质中的半个波长。

10.如权利要求9所述的处理机械，其特征在于要被超声处理的表面是材料(42a，42b)的条带，其被围绕几个换能器(8a，8b，8c，8d，8e)引导，以增加向超声的暴露程度。

11.一种处理机械，包括箱(43)，在该箱中装入根据权利要求8所述的一组换能器，其特征在于箱(43)具有圆柱形形状，流体在一个端部(46)处进入且在另一端部处离开(48)，以实现连续流动处理，且换能器在所述箱中以基本上同轴的方式布置。