[發(fā)明專利]一種夾心式壓電陶瓷超聲換能器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210582509.2
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103071612A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁召峰;周光平;李正中
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 44248
• 代理人: 王雨時;熊偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及換能器，尤其涉及一種夾心式壓電陶瓷超聲換能器。

背景技術(shù)

在大功率超聲換能器中，換能器的實際輸出功率受到許多因素制約。其中機械極限是制約換能器輸出功率的一個重要因素。對于夾心式壓電陶瓷超聲換能器，若用????????????????????????????????????????????????、表示壓電陶瓷及螺栓的最大張應(yīng)力，、表示壓電陶瓷中的預(yù)應(yīng)力及螺栓中的最大動態(tài)應(yīng)力，、表示陶瓷及螺栓的疲勞應(yīng)力極限，則換能器正常工作時應(yīng)滿足下列條件：

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其中、為安全系數(shù)，、為壓電陶瓷及螺栓的橫截面積。

可見，當(dāng)換能器的材料確定時，結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力是決定其機械極限的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)夾心式壓電陶瓷超聲換能器中，壓電陶瓷片組沿換能器軸向的應(yīng)力分布很不均勻，最大應(yīng)力與最小應(yīng)力相差很大，如此大的應(yīng)力梯度極易使壓電陶瓷片碎裂，這將大大降低換能器的機械極限，從而制約換能器輸出功率。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中問題，本發(fā)明提供了一種夾心式壓電陶瓷超聲換能器，包括中心壓電陶瓷片組、前金屬蓋板、后金屬蓋板、螺母、預(yù)應(yīng)力螺栓、金屬電極片組、金屬電極片、金屬導(dǎo)電件、預(yù)應(yīng)力螺栓絕緣套管，其特征在于：所述中心壓電陶瓷片組與所述金屬電極片組互相貼合，所述預(yù)應(yīng)力螺栓緊固連接所述前金屬蓋板，所述中心壓電陶瓷片組、所述后金屬蓋板和所述金屬電極片組以所述預(yù)應(yīng)力螺栓為中心軸串接在一起，所述螺母緊固于所述預(yù)應(yīng)力螺栓的一端，所述預(yù)應(yīng)力螺栓穿過所述預(yù)應(yīng)力螺栓絕緣套管，所述前金屬蓋板和所述后金屬蓋板在與所述中心壓電陶瓷片組的非接觸部分內(nèi)部分別開有凹槽。

作為本發(fā)明的進一步改進，開在所述前金屬蓋板和所述后金屬蓋板內(nèi)部的凹槽是以預(yù)應(yīng)力螺栓軸心為圓心的環(huán)形槽。更好的改善壓電陶瓷片應(yīng)力分布過于集中的的情況。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述前金屬蓋板在中間開有一軸向方向的凹槽，該凹槽直徑與所述預(yù)應(yīng)力螺栓的直徑差值為1mm至2mm。預(yù)應(yīng)力螺栓能通過該凹槽。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述開在前金屬蓋板的軸向凹槽底部開有一螺紋凹槽，該螺紋凹槽的直徑適配所述預(yù)應(yīng)力螺栓直徑。預(yù)應(yīng)力螺栓通過該螺紋凹槽緊固連接前金屬蓋板。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述后金屬蓋板中間有一軸向方向的過孔，該過孔直徑與所述預(yù)應(yīng)力螺栓的直徑差值為1mm至2mm，所述預(yù)應(yīng)力螺栓直徑為8mm至20mm。過孔供預(yù)應(yīng)力螺栓通過，更好的將前、后金屬蓋板通過預(yù)應(yīng)力螺栓連接起來。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述中心壓電陶瓷片組包含從前到后排布的二的整數(shù)倍片壓電陶瓷片，所述金屬電極片組包含與所述壓電陶瓷片數(shù)量相同的金屬電極片。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述金屬電極片和所述壓電陶瓷片從前到后交互貼合。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述金屬電極片均有露出表面的金屬導(dǎo)電件。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述金屬電極片和所述壓電陶瓷片垂直于軸向方向的截面為圓環(huán)狀。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述預(yù)應(yīng)力螺栓的材料為40號鉻鋼或工具鋼或鈦合金，所述螺母和所述后金屬蓋板的材料為45號鋼或銅或鈦合金，所述前金屬蓋板的材料為鋁合金或鋁鎂合金或鈦合金，所述壓電陶瓷材料為PZT-8或PZT-4材料。

本發(fā)明的有益效果是：取如下所述參數(shù)的夾心式壓電陶瓷超聲換能器來說明：換能器具體尺寸：螺桿直徑12mm，長70mm；螺母直徑38mm，長10mm；后蓋板長20mm，其中變截面部分長5mm；前蓋板長50mm；壓電陶瓷片的規(guī)格為Φ50×Φ20×5mm，即外徑50mm、內(nèi)徑20mm、厚度5mm。換能器各部件材料：預(yù)應(yīng)力螺栓用高強度的40號鉻鋼，螺母、后金屬蓋板用45號鋼，前金屬蓋板用鋁合金，中心壓電陶瓷片組的材料為PZT-8。壓電陶瓷片數(shù)量為4片。開在前、后金屬蓋板與壓電陶瓷非接觸部分內(nèi)部的金屬凹槽具體情況如下：在后金屬蓋板中距第一壓電陶瓷片4mm的位置開一寬1mm、深5.2mm的環(huán)形槽，在前金屬蓋板中距第四壓電陶瓷片6.4mm的位置開了一寬1.6mm、深6.1mm的環(huán)形槽。該環(huán)形槽是以預(yù)應(yīng)力螺栓軸心為圓心的環(huán)形槽。