[發(fā)明專利]十字形正交復(fù)合驅(qū)動(dòng)壓電管形換能器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610164114.9
• 申請(qǐng)日: 2016-03-22
• 公開（公告）號(hào): CN105728306B
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許龍;李鳳鳴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國計(jì)量學(xué)院
• 主分類號(hào): B06B1/06
• 分類號(hào): B06B1/06
• 代理公司: 北京超凡志成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11371
• 代理人: 畢強(qiáng)

本發(fā)明提供了一種十字形正交復(fù)合驅(qū)動(dòng)壓電管形換能器，涉及超聲波換能器領(lǐng)域，包括徑向輻射殼體、錐形預(yù)應(yīng)力彈性膨脹結(jié)構(gòu)、十字形正交復(fù)合中心質(zhì)量塊和四組壓電陶瓷晶堆；中心質(zhì)量塊包括四塊組成部；組成部的內(nèi)側(cè)面圍成一個(gè)圓柱孔和兩個(gè)錐形孔；膨脹結(jié)構(gòu)包括固定裝置和兩個(gè)錐形膨脹體；膨脹體插裝在錐形孔內(nèi)；壓電陶瓷晶堆由電極片和偶數(shù)片壓電陶瓷晶片疊放而成，內(nèi)層的電極片與組成部的外側(cè)面抵接，外層的電極片與徑向輻射殼體的內(nèi)壁抵接。本申請(qǐng)解決了現(xiàn)有技術(shù)中的超聲換能器存在聲場(chǎng)“盲區(qū)”和“駐波特性”，徑向超聲輻射強(qiáng)度較弱的技術(shù)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超聲波換能器領(lǐng)域，尤其是涉及一種十字形正交復(fù)合驅(qū)動(dòng)壓電管形換能器。

背景技術(shù)

超聲波換能器的功能是將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率(即超聲波)再傳遞出去，而自身消耗很少的一部分功率。

在功率超聲及水聲技術(shù)領(lǐng)域，夾心式縱向振動(dòng)壓電超聲換能器應(yīng)用最為廣泛。該換能器是由法國科學(xué)家郎之萬發(fā)明的，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率容量較大和機(jī)電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)。隨著科技的發(fā)展以及超聲技術(shù)的廣泛應(yīng)用，超聲在許多新技術(shù)領(lǐng)域(如超聲中草藥萃取、超聲污水處理、超聲采油以及超聲化學(xué)反應(yīng)等)獲得了重要的應(yīng)用。

在這些新技術(shù)領(lǐng)域，對(duì)超聲換能器的輻射功率及聲波作用范圍提出了更高的要求：大功率、高效率和全方位超聲輻射。對(duì)于現(xiàn)有的夾心式縱向振動(dòng)壓電超聲換能器，由于其自身的理論及結(jié)構(gòu)的限制，單個(gè)夾心式縱向振動(dòng)壓電超聲換能器存在著功率容量有限、超聲作用方向單一、超聲輻射面積有限等不足之處，因此難以滿足新的超聲技術(shù)中所要求的大功率、全方位超聲輻射的特性。目前，為了改善單個(gè)夾心式縱向振動(dòng)壓電超聲換能器的不足之處，已發(fā)展起來以下幾類超聲換能器。

(1)陣列式超聲換能器。通過在容器底部或四周粘接一列或多列夾心式縱向振動(dòng)壓電超聲換能器組成陣列聲源向液體中輻射聲波。陣列式聲源雖然可以解決單個(gè)夾心式換能器存在的超聲作用面積和功率量有限及聲波輻射方向單一等不足之處，但是由于縱向換能器振子輻射面是平面，其輻射聲場(chǎng)指向性強(qiáng)，通常存在聲場(chǎng)“盲區(qū)”，這也是制約該類換能器液體超聲處理效能的“瓶頸”。

(2)push-pull換能器。其工作原理是通過兩個(gè)耦合在一個(gè)金屬圓管兩端的夾心式縱向壓電換能器的縱振動(dòng)，對(duì)圓管產(chǎn)生縱向推拉作用并在圓管徑向產(chǎn)生聲能輻射。從push-pull換能器的幾何尺寸和聲波輻射特性來看，該類換能器的振動(dòng)屬于夾心式縱向壓電換能器的縱振動(dòng)激勵(lì)金屬圓管的高階縱向振動(dòng)，在圓管的高階縱向振動(dòng)模式下由于泊松效應(yīng)產(chǎn)生徑向耦合振動(dòng)。因此，雖然該類換能器可解決單個(gè)夾心式縱向振動(dòng)壓電超聲換能器存在的超聲作用方向單一、超聲輻射面積有限等不足之處，但是由于該類換能器在工作時(shí)系統(tǒng)的主振方向仍在縱向，存在由泊松效應(yīng)產(chǎn)生的徑向耦合振動(dòng)相對(duì)較弱及徑向超聲輻射強(qiáng)度亦較弱的不足之處。此外，由于金屬圓管工作于高階縱振模態(tài)，其輻射聲場(chǎng)沿縱向有較明顯的“駐波特性”。

基于此，本發(fā)明提供了一種十字形正交復(fù)合驅(qū)動(dòng)壓電管形換能器以解決上述的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種十字形正交復(fù)合驅(qū)動(dòng)壓電管形換能器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的陣列式超聲換能器存在聲場(chǎng)“盲區(qū)”，而push-pull換能器徑向超聲輻射強(qiáng)度較弱、輻射聲場(chǎng)沿縱向有較明顯的“駐波特性”的技術(shù)問題。

在本發(fā)明的實(shí)施例中提供了一種十字形正交復(fù)合驅(qū)動(dòng)壓電管形換能器，所述十字形正交復(fù)合驅(qū)動(dòng)壓電管形換能器

包括十字正交復(fù)合夾心式壓電激勵(lì)源和圓筒狀的徑向輻射殼體；所述徑向輻射殼體套裝在所述十字正交復(fù)合夾心式壓電激勵(lì)源外部；

所述十字正交復(fù)合夾心式壓電激勵(lì)源包括錐形預(yù)應(yīng)力彈性膨脹結(jié)構(gòu)、十字形正交復(fù)合中心質(zhì)量塊和四組結(jié)構(gòu)相同的壓電陶瓷晶堆；

所述十字形正交復(fù)合中心質(zhì)量塊包括四塊形狀相同的組成部，四塊所述組成部中心對(duì)稱放置；四組所述壓電陶瓷晶堆圍繞所述十字形正交復(fù)合中心質(zhì)量塊的中心軸中心對(duì)稱放置；