CN203764523U - 超声圆管换能器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声圆管换能器。该超声圆管换能器包括：辐射圆管以及设置于辐射圆管管壁内的振子组件；振子组件包括纵向驱动振子、分别设置于纵向驱动振子两端的振子前盖板和振子后盖板，其中，通过振子前盖板、振子后盖板与辐射圆管管壁之间的套接配合进而将振子组件设置于辐射圆管内部，并且振子前盖板、振子后盖板分别与辐射圆管管壁无缝连接。通过上述方式，超声圆管换能器的制成工艺简单，超声圆管换能器温度稳定性较好，能够适用于高功率需求。

Description

超声圆管换能器

技术领域

本实用新型涉及一种超声圆管换能器。

背景技术

用于大功率的超声换能器目前主要有纵向振动和径向振动两种形式，纵向换能器技术已经相当成熟，目前最常见的大功率径向圆管换能器主要有充油式圆管换能器和径向复合式圆管换能器两种。其中：

充油式圆管换能器的原理是采用缠绕铜丝或纱布的方式给压电圆管施加预应力，利用压电圆管的径向振动来推动外层辐射圆管的径向振动。然而，缠绕铜丝或纱布本身不能作为声辐射面，必须外加辐射面，通常的方式是在压电圆管和辐射管之间灌满不导电的油，从而导致声能辐射效率极低。

径向复合式圆管换能器的原理是采用过盈配合的方式给压电圆管施加预应力，这种方式可以有效的提高圆管换能器的效率，但是径向复合式圆管换能器的工艺要求很高，对压电圆管的圆度和过盈量要求都很高，制作难度很大。并且，这种形式的换能器最大的缺陷在于温度稳定性差，温度的改变直接影响所施加的预应力大小。

由此可见，径向振动换能器由于工艺条件的限制，很难制作出高性能，而且换能器的温度稳定性较差，难以适应高功率的需求。

实用新型内容

本实用新型为解决上述技术问题提供一种超声圆管换能器，其制成工艺简单，超声圆管换能器温度稳定性较好，能够适用于高功率需求。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种超声圆管换能器，包括：辐射圆管以及设置于所述辐射圆管管壁内的振子组件；所述振子组件包括纵向驱动振子、分别设置于所述纵向驱动振子两端的振子前盖板和振子后盖板，其中，通过所述振子前盖板、所述振子后盖板与所述辐射圆管管壁之间的套接配合进而将所述振子组件设置于所述辐射圆管内部，并且，所述振子前盖板、所述振子后盖板分别与所述辐射圆管管壁无缝连接。

其中，所述超声圆管换能器包括纵向隔振前盖板和纵向隔振后盖板；其中，所述纵向隔振前盖板罩设所述振子前盖板远离所述振子后盖板的端面，所述纵向隔振后盖板罩设所述振子后盖板远离所述振子前盖板的端面；并且，所述纵向隔振前盖板、所述辐射圆管以及所述纵向隔振后盖板构成密闭结构。

其中，所述纵向隔振前盖板和所述纵向隔振后盖板的正反两面分别设置有至少两道刻槽。

其中，所述纵向隔振前盖板上的各所述刻槽呈同心结构设置；所述纵向隔振后盖板上的各所述刻槽也呈同心结构设置。

其中，所述纵向隔振前盖板和所述纵向隔振后盖板均呈圆环形，所述纵向隔振前盖板和所述纵向隔振后盖板上的各所述刻槽呈同心圆环凹槽结构。

其中，至少所述纵向隔振前盖板远离所述振子前盖板的端面中心凸出端面设置有用于电气连接的柱体。

其中，所述纵向隔振后盖板远离所述振子后盖板的端面中心凸出端面设置有用于电气连接的柱体，并且，所述柱体还用于与后一超声圆管换能器的纵向隔振前盖板进行衔接以实现多个所述超声圆管换能器的级联。

其中，所述振子前盖板、所述纵向驱动振子以及所述振子后盖板一体成型。

其中，所述振子前盖板、所述振子后盖板各自的边沿均设置有外螺纹，所述辐射圆管管壁两端分别设置有与所述外螺纹相适应的内螺纹，通过所述外螺纹和所述内螺纹的螺纹配合使得所述振子前盖板、所述振子后盖板套设于所述辐射圆管管壁内壁；进一步地，所述振子前盖板、所述振子后盖板分别通过激光焊的方式与所述辐射圆管管壁无缝连接以实现密封。

其中，所述辐射圆管管壁设置有内螺纹部分的厚度大于未设置内螺纹部分的厚度。

本实用新型实施方式的超声圆管换能器：因为振子前盖板和振子后盖板分别与纵向驱动振子连接，并且该振子前盖板和振子后盖板进一步与辐射圆管的管壁无缝连接，利用纵向驱动振子产生纵向振动，与该纵向驱动振子连接的振子前盖板、振子后盖板通过跟辐射圆管耦合的方式，进而将纵向驱动振子的纵向振动转换成辐射圆管的一阶弯曲振动（即类径向振动），以此实现超声圆管换能器的径向辐射功能，其结构简单，进而制造工艺也较简单。并且，该超声圆管换能器随温度的改变对所施加的预应力影响较小，产品可靠性强于传统技术的径向辐射换能器。

附图说明

图1是本实用新型超声圆管换能器实施方式的装配图。

图2是图1所示超声圆管换能器的爆炸结构示意图。

图3是图1所示超声圆管换能器中纵向隔振前盖板的立体图。

图4是图1所示超声圆管换能器中纵向隔振前盖板的俯视图。

图5是图1所示超声圆管换能器中纵向隔振前盖板的侧剖图。

图6是本实用新型超声圆管换能器级联结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本实用新型进行详细说明。

结合图1和图2进行参阅，本实用新型实施方式的超声圆管换能器，包括：辐射圆管1以及设置于辐射圆管1管壁内的振子组件2。

其中，振子组件2包括纵向驱动振子21、分别设置于纵向驱动振子21两端的振子前盖板22和振子后盖板23，通过振子前盖板22、振子后盖板23与辐射圆管1管壁之间的套接配合进而将振子组件2设置于辐射圆管1内部，并且，振子前盖板22、振子后盖板23分别与辐射圆管1管壁无缝连接。具体而言，可以通过在振子前盖板22、振子后盖板23各自的边沿分别设置外螺纹，并在辐射圆管1的管壁两端分别设置与振子前盖板22、振子后盖板23的外螺纹相适应的内螺纹，通过外螺纹和内螺纹的螺纹配合使得振子前盖板22、振子后盖板23套设于辐射圆管1管壁内壁，进一步地，可以通过焊接，优选激光焊的方式，使得振子前盖板22、振子后盖板23分别与辐射圆管1的管壁进行无缝连接以实现密封，通过激光焊的方式振子前盖板22、振子后盖板23与辐射圆管1之间的无缝连接表面平整光滑、外观较佳，对工艺要求较低，制作难度低，尤其在水下等环境使用时，因为产品结构密封，超声圆管换能器的可靠性较高。

在一具体应用实施方式中，振子前盖板22、纵向驱动振子21以及振子后盖板23一体成型，能够保证各部分连接的精准度，进而能够提高超声圆管换能器的可靠性。当然，振子前盖板22、纵向驱动振子21以及振子后盖板23也可以采用焊接等方式进行连接，此处不一一列举。

在一具体应用实施方式中，辐射圆管1管壁设置有内螺纹部分的厚度大于未设置内螺纹部分的厚度，能充分保证连接部分的结构强度，以及使得超声圆管换能器的径向振动能达到更大幅度。

上述实施方式的超声圆管换能器，因为振子前盖板22和振子后盖板23分别与纵向驱动振子21连接，并且该振子前盖板22和振子后盖板23进一步与辐射圆管1的管壁无缝连接，利用纵向驱动振子21产生纵向振动，与该纵向驱动振子21连接的振子前盖板22、振子后盖板23通过跟辐射圆管1耦合的方式，进而将纵向驱动振子21的纵向振动转换成辐射圆管1的一阶弯曲振动（即类径向振动），以此实现超声圆管换能器的径向辐射功能，其结构简单，进而制造工艺也较简单。并且，该超声圆管换能器随温度的改变对所施加的预应力影响较小，产品可靠性强于传统技术的径向辐射换能器。

在另一具体应用实施方式中，超声圆管换能器还包括纵向隔振前盖板31和纵向隔振后盖板32；纵向隔振前盖板31罩设振子前盖板22远离振子后盖板23的端面，纵向隔振后盖板32罩设振子后盖板23远离振子前盖板22的端面；并且，纵向隔振前盖板31、辐射圆管1以及纵向隔振后盖板32构成密闭结构。

其中，纵向隔振前盖板31和纵向隔振后盖板32的正反两面分别设置有至少两道刻槽300。在一具体应用实施方式中，纵向隔振前盖板31上的各刻槽300呈同心结构设置；纵向隔振后盖板32上的各刻槽300也呈同心结构设置。优选地，纵向隔振前盖板31和纵向隔振后盖板32均呈圆环形，纵向隔振前盖板31和纵向隔振后盖板32上的各刻槽300呈同心圆环凹槽结构。以纵向隔振前盖板31举例而言，如图6所示，纵向隔振前盖板31正反两面各设多道（大于等于2）刻槽300，各刻槽300呈同心圆环凹槽结构，其中，各刻槽300的槽宽均设为2mm，各刻槽300深均设为5mm，各刻槽300之间的槽间距均设为2.5mm。研究表明，槽宽越大、槽深越大以及槽间距越大，隔振效果越好，因此，在具体应用时，可结合实际情况设计各刻槽300的形状、槽宽、槽深及槽间距以达到不同的使用需求。

本实施方式的超声圆管换能器，利用纵向隔振前盖板31罩设振子前盖板22、纵向隔振后盖板32罩设振子后盖板23，超声圆管换能器的整体密封好，在水下环境使用时，产品可靠性较高；并且，通过设置纵向隔振前盖板31、纵向隔振后盖板32，能够将辐射圆管1上的径向振动强度向超声圆管换能器中心方向逐级减弱，通过该隔振处理，使得多个超声圆管换能器的级联成为可能，能够有效的减弱各超声圆管换能器之间的相互影响，级联后的超声圆管换能器整体的可靠性高、能实现较大的功率。

具体的，上述超声圆管换能器有以下两种应用场景：

（1）超声圆管换能器单个使用时，继续参阅图1，只需要在纵向隔振前盖板31远离振子前盖板22的端面中心且凸出端面设置用于电气连接的柱体301。

（2）超声圆管换能器多个级联使用时，以两个超声圆管换能器级联为例进行说明，如图所示，除最后一个超声圆管换能器（即第二超声圆管换能器200）只需要在纵向隔振前盖板31远离振子前盖板22的端面中心且凸出端面设置用于电气连接的柱体301，级联于该第二超声圆管换能器200之前的超声圆管换能器（即第一超声圆管换能器100）不仅需要在纵向隔振前盖板31远离振子前盖板22的端面中心且凸出端面设置用于电气连接的柱体301、还需要在纵向隔振后盖板32远离振子后盖板23的端面中心且凸出端面设置有用于电气连接的柱体301。当需要将更多个超声圆管换能器级联以实现大功率应用时，参照前述方法对各超声圆管换能器的隔振前盖板和隔振后盖板进行设置，此处不再一一赘述。

上述应用场景中，纵向隔振前盖板31和纵向隔振后盖板32上的柱体301通常选用金属或合金材料，优选为不锈钢材料，不仅利于电气连接，并且能够极大方便将前后两个超声圆管换能器，具体即将前一超声圆管换能器（如图6所示的第一超声圆管换能器100）上的纵向隔振后盖板32上的柱体301与后一超声圆管换能器（如图6所示的第二超声圆管换能器200）上的纵向隔振前盖板31上的柱体301能通过简单易行的焊接方式衔接以进行级联。

综上所述，本实用新型实施方式的超声圆管换能器，采用纵弯耦合的方式设计，在保证其径向辐射声能特性的同时，其整体性能也得到大幅度提高，可以应用于各种管道的水处理和防污垢，并且其功率容量可以根据实际需要进行调整。

以上仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种超声圆管换能器，其特征在于，包括：

辐射圆管以及设置于所述辐射圆管管壁内的振子组件；

所述振子组件包括纵向驱动振子、分别设置于所述纵向驱动振子两端的振子前盖板和振子后盖板，其中，通过所述振子前盖板、所述振子后盖板与所述辐射圆管管壁之间的套接配合进而将所述振子组件设置于所述辐射圆管内部，并且，所述振子前盖板、所述振子后盖板分别与所述辐射圆管管壁无缝连接。

2.根据权利要求1所述的超声圆管换能器，其特征在于：

所述超声圆管换能器包括纵向隔振前盖板和纵向隔振后盖板；

其中，所述纵向隔振前盖板罩设所述振子前盖板远离所述振子后盖板的端面，所述纵向隔振后盖板罩设所述振子后盖板远离所述振子前盖板的端面；

并且，所述纵向隔振前盖板、所述辐射圆管以及所述纵向隔振后盖板构成密闭结构。

3.根据权利要求2所述的超声圆管换能器，其特征在于：

所述纵向隔振前盖板和所述纵向隔振后盖板的正反两面分别设置有至少两道刻槽。

4.根据权利要求3所述的超声圆管换能器，其特征在于：

所述纵向隔振前盖板上的各所述刻槽呈同心结构设置；

所述纵向隔振后盖板上的各所述刻槽也呈同心结构设置。

5.根据权利要求4所述的超声圆管换能器，其特征在于：

所述纵向隔振前盖板和所述纵向隔振后盖板均呈圆环形，所述纵向隔振前盖板和所述纵向隔振后盖板上的各所述刻槽呈同心圆环凹槽结构。

6.根据权利要求2-5任一项所述的超声圆管换能器，其特征在于：

至少所述纵向隔振前盖板远离所述振子前盖板的端面中心凸出端面设置有用于电气连接的柱体。

7.根据权利要求6所述的超声圆管换能器，其特征在于：

所述纵向隔振后盖板远离所述振子后盖板的端面中心凸出端面设置有用于电气连接的柱体，并且，所述柱体还用于与后一超声圆管换能器的纵向隔振前盖板上的柱体进行衔接以实现多个所述超声圆管换能器的级联。

8.根据权利要求1所述的超声圆管换能器，其特征在于：

所述振子前盖板、所述纵向驱动振子以及所述振子后盖板一体成型。

9.根据权利要求1所述的超声圆管换能器，其特征在于：

所述振子前盖板、所述振子后盖板各自的边沿均设置有外螺纹，所述辐射圆管管壁两端分别设置有与所述外螺纹相适应的内螺纹，通过所述外螺纹和所述内螺纹的螺纹配合使得所述振子前盖板、所述振子后盖板套设于所述辐射圆管管壁内壁；

进一步地，所述振子前盖板、所述振子后盖板分别通过激光焊的方式与所述辐射圆管管壁无缝连接以实现密封。

10.根据权利要求9所述的超声圆管换能器，其特征在于：

所述辐射圆管管壁设置有内螺纹部分的厚度大于未设置内螺纹部分的厚度。