CN108187996A - 一种复合换能器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及压电超声换能器，具体是一种复合换能器。本发明解决了现有压电超声换能器频带窄、能量损耗大、机械强度低的问题。一种复合换能器，包括预应力螺钉、圆环状上盖、绝缘套、轴向压电套、圆环状下盖、胀套、调节螺钉、金属内套、径向压电套、内电极层、外电极层、金属外套；所述轴向压电套由M个环状铜电极片和M个轴向极化的圆环状压电陶瓷片自上而下交错层叠构成；M为正整数，且M≥2；所述径向压电套由N个径向极化的扇环状压电陶瓷片和N个环氧树脂层沿周向交错粘接构成；N为正整数，且N≥2。本发明适用于超声加工、超声清洗、超声探测等领域。
Description
技术领域
本发明涉及压电超声换能器，具体是一种复合换能器。
背景技术
压电超声换能器广泛应用于超声加工、超声清洗、超声探测等领域，其原理是利用压电元件的压电效应，将超声频交变电流信号转换成超声频振动。在现有技术条件下，压电超声换能器由于自身结构所限，存在如下问题：其一，现有压电超声换能器只能产生单方向的超声频振动，导致其频带窄。其二，现有压电超声换能器的能量传输链较长，导致其能量损耗大。其三，现有压电超声换能器无法提供合适的预应力，导致其机械强度低。基于此，有必要发明一种全新的压电超声换能器，以解决现有压电超声换能器存在的上述问题。
发明内容
本发明为了解决现有压电超声换能器频带窄、能量损耗大、机械强度低的问题，提供了一种复合换能器。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种复合换能器，包括预应力螺钉、圆环状上盖、绝缘套、轴向压电套、圆环状下盖、胀套、调节螺钉、金属内套、径向压电套、内电极层、外电极层、金属外套；
所述轴向压电套由M个环状铜电极片和M个轴向极化的圆环状压电陶瓷片自上而下交错层叠构成；M为正整数，且M≥2；
所述径向压电套由N个径向极化的扇环状压电陶瓷片和N个环氧树脂层沿周向交错粘接构成；N为正整数，且N≥2；
圆环状上盖套设于预应力螺钉的侧面，且圆环状上盖的上端面与预应力螺钉的头部相接触；绝缘套套设于预应力螺钉的侧面，且绝缘套的上端面与圆环状上盖的下端面相接触；轴向压电套套设于绝缘套的外侧面，且轴向压电套的上端面与圆环状上盖的下端面相接触；圆环状下盖的外侧面为上粗下细的圆台面；圆环状下盖的中心孔为螺孔；预应力螺钉的尾部旋拧于螺孔的上部，且圆环状下盖的上端面分别与绝缘套的下端面和轴向压电套的下端面相接触；
胀套包括开口向上的圆盆状主体；圆盆状主体的底面中央贯通开设有装配孔；圆盆状主体的内侧面为上粗下细的圆台面；圆盆状主体的外侧面向外延伸设置有圆环状凸台；圆环状凸台的上端面与圆盆状主体的内底面齐平；圆环状凸台的下端面与圆盆状主体的外底面齐平；圆盆状主体的侧面开设有若干个径向豁口；各个径向豁口的底面均与圆盆状主体的内底面齐平，且各个径向豁口沿周向等距排列；圆盆状主体套设于圆环状下盖的外侧面，且圆盆状主体的内底面与圆环状下盖的下端面之间留有间隙；调节螺钉贯穿装配孔，且调节螺钉的头部与圆盆状主体的外底面相接触；调节螺钉的尾部旋拧于螺孔的下部；金属内套套设于圆盆状主体的外侧面；内电极层镀设于径向压电套的内侧面，且内电极层套设于金属内套的外侧面；外电极层镀设于径向压电套的外侧面；金属外套套设于外电极层的外侧面。
工作时，环状铜电极片、内电极层、外电极层均通过导线与超声波发生器连接。具体工作过程如下：超声波发生器将50Hz的交流电转换成超声频交变电流信号，然后一方面将超声频交变电流信号传输至环状铜电极片，由此使得圆环状压电陶瓷片产生轴向超声频振动（即沿轴向的超声频伸缩位移），另一方面将超声频交变电流信号传输至内电极层和外电极层，由此使得径向压电套产生径向超声频振动（即沿径向的超声频伸缩位移），轴向超声频振动和径向超声频振动共同作用于金属外套，由此使得金属外套产生复合超声频振动。在上述过程中，预应力螺钉的作用是提供轴向预应力（即轴向超声频振动所需的预应力）。通过旋拧调节螺钉，可以使得圆环状下盖与胀套发生相对运动，由此使得圆环状下盖推动胀套沿径向胀开，从而提供径向预应力（即径向超声频振动所需的预应力）。通过将不同的环状铜电极片与超声波发生器连接，可以使得全部或部分圆环状压电陶瓷片产生轴向超声频振动，由此使得圆环状下盖产生不同频带、不同能量转换效率的复合超声频振动。
基于上述过程，与现有压电超声换能器相比，本发明所述的一种复合换能器通过采用全新结构，具备了如下优点：其一，本发明能够产生复合超声频振动，由此有效拓宽了频带。其二，本发明的能量传输链更短，由此有效减小了能量损耗。其三，本发明能够提供合适的预应力，由此有效提高了机械强度。
本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有压电超声换能器频带窄、能量损耗大、机械强度低的问题，适用于超声加工、超声清洗、超声探测等领域。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中胀套的结构示意图。
图3是本发明中径向压电套的结构示意图。
图4是本发明中金属外套的结构示意图。
图中：1-预应力螺钉，2-圆环状上盖，3-绝缘套，4a-环状铜电极片，4b-圆环状压电陶瓷片，5-圆环状下盖，6-胀套，7-调节螺钉，8-金属内套，9a-扇环状压电陶瓷片，9b-环氧树脂层，10-内电极层，11-外电极层，12-金属外套。
具体实施方式
一种复合换能器，包括预应力螺钉1、圆环状上盖2、绝缘套3、轴向压电套、圆环状下盖5、胀套6、调节螺钉7、金属内套8、径向压电套、内电极层10、外电极层11、金属外套12；
所述轴向压电套由M个环状铜电极片4a和M个轴向极化的圆环状压电陶瓷片4b自上而下交错层叠构成；M为正整数，且M≥2；
所述径向压电套由N个径向极化的扇环状压电陶瓷片9a和N个环氧树脂层9b沿周向交错粘接构成；N为正整数，且N≥2；
圆环状上盖2套设于预应力螺钉1的侧面，且圆环状上盖2的上端面与预应力螺钉1的头部相接触；绝缘套3套设于预应力螺钉1的侧面，且绝缘套3的上端面与圆环状上盖2的下端面相接触；轴向压电套套设于绝缘套3的外侧面，且轴向压电套的上端面与圆环状上盖2的下端面相接触；圆环状下盖5的外侧面为上粗下细的圆台面；圆环状下盖5的中心孔为螺孔；预应力螺钉1的尾部旋拧于螺孔的上部，且圆环状下盖5的上端面分别与绝缘套3的下端面和轴向压电套的下端面相接触；
胀套6包括开口向上的圆盆状主体；圆盆状主体的底面中央贯通开设有装配孔；圆盆状主体的内侧面为上粗下细的圆台面；圆盆状主体的外侧面向外延伸设置有圆环状凸台；圆环状凸台的上端面与圆盆状主体的内底面齐平；圆环状凸台的下端面与圆盆状主体的外底面齐平；圆盆状主体的侧面开设有若干个径向豁口；各个径向豁口的底面均与圆盆状主体的内底面齐平，且各个径向豁口沿周向等距排列；圆盆状主体套设于圆环状下盖5的外侧面，且圆盆状主体的内底面与圆环状下盖5的下端面之间留有间隙；调节螺钉7贯穿装配孔，且调节螺钉7的头部与圆盆状主体的外底面相接触；调节螺钉7的尾部旋拧于螺孔的下部；金属内套8套设于圆盆状主体的外侧面；内电极层10镀设于径向压电套的内侧面，且内电极层10套设于金属内套8的外侧面；外电极层11镀设于径向压电套的外侧面；金属外套12套设于外电极层11的外侧面。
金属外套12的外侧面向外延伸设置有多个扇环状凸台；各个扇环状凸台的上端面均与金属外套12的上端面齐平；各个扇环状凸台的下端面均与金属外套12的下端面齐平；各个扇环状凸台沿周向等距排列。
每个径向豁口均呈狭缝状。
N个扇环状压电陶瓷片9a由径向极化的压电陶瓷管沿径向切割形成，且相邻两个扇环状压电陶瓷片9a之间去耦合。
金属内套8通过热胀冷缩法套设于圆盆状主体的外侧面；内电极层10通过热胀冷缩法套设于金属内套8的外侧面；金属外套12通过热胀冷缩法套设于外电极层11的外侧面。
Claims (5)
1.一种复合换能器，其特征在于：包括预应力螺钉（1）、圆环状上盖（2）、绝缘套（3）、轴向压电套、圆环状下盖（5）、胀套（6）、调节螺钉（7）、金属内套（8）、径向压电套、内电极层（10）、外电极层（11）、金属外套（12）；
所述轴向压电套由M个环状铜电极片（4a）和M个轴向极化的圆环状压电陶瓷片（4b）自上而下交错层叠构成；M为正整数，且M≥2；
所述径向压电套由N个径向极化的扇环状压电陶瓷片（9a）和N个环氧树脂层（9b）沿周向交错粘接构成；N为正整数，且N≥2；
圆环状上盖（2）套设于预应力螺钉（1）的侧面，且圆环状上盖（2）的上端面与预应力螺钉（1）的头部相接触；绝缘套（3）套设于预应力螺钉（1）的侧面，且绝缘套（3）的上端面与圆环状上盖（2）的下端面相接触；轴向压电套套设于绝缘套（3）的外侧面，且轴向压电套的上端面与圆环状上盖（2）的下端面相接触；圆环状下盖（5）的外侧面为上粗下细的圆台面；圆环状下盖（5）的中心孔为螺孔；预应力螺钉（1）的尾部旋拧于螺孔的上部，且圆环状下盖（5）的上端面分别与绝缘套（3）的下端面和轴向压电套的下端面相接触；
胀套（6）包括开口向上的圆盆状主体；圆盆状主体的底面中央贯通开设有装配孔；圆盆状主体的内侧面为上粗下细的圆台面；圆盆状主体的外侧面向外延伸设置有圆环状凸台；圆环状凸台的上端面与圆盆状主体的内底面齐平；圆环状凸台的下端面与圆盆状主体的外底面齐平；圆盆状主体的侧面开设有若干个径向豁口；各个径向豁口的底面均与圆盆状主体的内底面齐平，且各个径向豁口沿周向等距排列；圆盆状主体套设于圆环状下盖（5）的外侧面，且圆盆状主体的内底面与圆环状下盖（5）的下端面之间留有间隙；调节螺钉（7）贯穿装配孔，且调节螺钉（7）的头部与圆盆状主体的外底面相接触；调节螺钉（7）的尾部旋拧于螺孔的下部；金属内套（8）套设于圆盆状主体的外侧面；内电极层（10）镀设于径向压电套的内侧面，且内电极层（10）套设于金属内套（8）的外侧面；外电极层（11）镀设于径向压电套的外侧面；金属外套（12）套设于外电极层（11）的外侧面。
2.根据权利要求1所述的一种复合换能器，其特征在于：金属外套（12）的外侧面向外延伸设置有多个扇环状凸台；各个扇环状凸台的上端面均与金属外套（12）的上端面齐平；各个扇环状凸台的下端面均与金属外套（12）的下端面齐平；各个扇环状凸台沿周向等距排列。
3.根据权利要求1所述的一种复合换能器，其特征在于：每个径向豁口均呈狭缝状。
4.根据权利要求1所述的一种复合换能器，其特征在于：N个扇环状压电陶瓷片（9a）由径向极化的压电陶瓷管沿径向切割形成，且相邻两个扇环状压电陶瓷片（9a）之间去耦合。
5.根据权利要求1所述的一种复合换能器，其特征在于：金属内套（8）通过热胀冷缩法套设于圆盆状主体的外侧面；内电极层（10）通过热胀冷缩法套设于金属内套（8）的外侧面；金属外套（12）通过热胀冷缩法套设于外电极层（11）的外侧面。
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Granted publication date: 20190712 Termination date: 20210117 |