[實用新型]超聲換能器

有效

• 申請號: 201120346253.6
• 申請日: 2011-09-15
• 公開（公告）號: CN202356280U
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 方云才;鐘學平;陳啟章;梁耀;汪炬;楊曉峰;姚銀鋒
• 申請（專利權）人: 華外醫療器械(上海)有限公司;瑞奇外科器械(中國)有限公司
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 王敏杰

技術領域

本實用新型一般涉及超聲換能器及其應用，特別是具有壓縮裝置的夾心式的超聲換能器及其應用。

背景技術

現有技術中，超聲發射設備具有多種應用，例如用于手術治療。超聲發射設備通常包括將電能量轉換為超聲頻率的振動的換能器，該振動被傳送以使得手術器械的末端產生振動。

夾心式的高效超聲換能器通常包括安裝裝置和后質量塊，在安裝裝置和后質量塊之間設置有晶堆，該晶堆為交替堆疊的壓電元件和電極。大多數這樣的高效超聲換能器是預壓縮的，使用軸向延伸穿過晶堆的壓緊螺栓施加壓縮力。這種帶有壓緊螺栓的夾心式的換能器被調制到一個共振頻率，其長度被設計成與此共振頻率下的波長成比例。當超聲換能器工作時，總是保持壓縮狀態，在振動過程中，其壓縮量介于最小壓縮量和最大壓縮量之間，最小壓縮量相對于未壓縮狀態時的零壓縮量稍微偏移，最大壓縮量不能超過材料最大壓縮強度限制的壓縮量。

目前已知，用于壓縮晶堆的壓縮裝置可以是螺栓和墊圈的組件，也可以是柱狀螺栓。這樣的螺栓或墊圈用于夾心式換能器中各零件的聲學連接或任何相關的聲學裝配。該聲學連接對于裝配體的頻率調制很重要，并且只有這樣才能使裝配體中各零件達到共振從而被驅動。

現有技術的缺陷是，上述的壓縮裝置無法在壓電元件的徑向方向或整個晶堆的軸向方向產生均勻的壓力分布，在徑向和軸向方向上非均勻的壓力分布會降低換能器的效率并產生較高的無效熱量，對于有溫度限制的應用場合，所產生的較高的熱量是很嚴重的問題。換能器中的高的無效熱量引起其效率降低從而使其最大輸出降低，而且，非均勻的壓力限制了壓縮的幅度，從而限制了換能器的功率容量。

對于上述問題，已有商家公開了一種解決方案，如圖1a至圖1c所示，該壓縮裝置利用安裝裝置40和具有不同大小接觸面的后質量塊20夾在第一晶堆30的兩端，圖1b中，由于外斜面201和內斜面203為非接觸面，后質量塊20與螺栓10接觸的接觸端面202，小于與第一晶堆30接觸的接觸端面204，由于較小的接觸端面202不與螺栓頭101的根部104接觸，消除了螺栓頭101的根部104應力效應，從而在壓電元件31和電極(正電極33、負電極32)中產生更均勻的應力分布。

但是，這種解決方法還是存在缺陷：后質量塊20由于兩側接觸端面的大小不同，在壓縮時，容易產生變形，這種變形進而會影響第一晶堆30中應力分布的均勻性，具體可以參考圖2所示的圖1a的超聲換能器中的晶堆里的每個壓電元件壓應力分布云圖，圖2中，橫軸對應超聲換能器軸向方向，縱軸對應超聲換能器徑向方向，還示出了8條應力等值線，分別為A＝18MPa、B＝20MPa、C＝25MPa、D＝30MPa、E＝32MPa、F＝35MPa、G＝38MPa和H＝39.44MPa。可見現有技術中應力的分布并不很均勻，特別是遠離徑向中心處。

實用新型內容

本實用新型的目的是解決現有技術中，超聲換能器的壓電元件和電極應力分布不均勻的缺陷，特別是要避免因為后質量塊的不對稱而產生變形，進而影響晶堆中應力分布的均勻性。

本實用新型公開的超聲換能器，包括：

安裝裝置，所述安裝裝置與一壓縮裝置相連接；

晶堆，所述晶堆安裝在所述安裝裝置和所述壓縮裝置之間，所述晶堆包括若干正負極交替堆疊的電極，兩相鄰的電極之間設置有壓電元件；

后質量塊，所述后質量塊設置在所述晶堆與所述壓縮裝置之間，所述后質量塊具有與所述晶堆接觸的晶堆接觸端面和與所述壓縮裝置接觸的壓縮裝置接觸端面；

其中：

所述晶堆接觸端面和所述壓縮裝置接觸端面均為平面且形狀大小相同；

所述壓縮裝置具有與所述后質量塊接觸的后質量塊接觸面，所述后質量塊接觸面相對于所述壓縮裝置接觸端面的幾何中心是中心對稱的，所述后質量塊接觸面的面積小于所述壓縮裝置接觸端面的面積。

上述的超聲換能器，其中，所述壓縮裝置是一螺栓，所述后質量塊套裝在所述螺栓上。

上述的超聲換能器，其中，所述壓縮裝置具有靠近所述后質量塊的端面，所述端面上設置有至少一個凸臺，所述凸臺包括與所述后質量塊接觸的凸臺接觸面，所有的所述凸臺接觸面形成所述后質量塊接觸面。

上述的超聲換能器，其中，所述凸臺可以是中心對稱的，也可以為環形的。

上述的超聲換能器，其中，所述凸臺設置在不靠近所述端面的幾何中心的位置。