[發明專利]雙激勵二維縱向耦合振動夾心式壓電超聲換能器

有效

• 申請號: 201711234503.5
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN107737709B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 許龍
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 魏彥

本發明提供了一種雙激勵二維縱向耦合振動夾心式壓電超聲換能器，該雙激勵二維縱向耦合振動夾心式壓電超聲換能器包括壓電陶瓷晶堆、外部金屬塊以及共享中心耦合金屬塊，且依次同軸連接，并在水平和垂直方向共同構成了十字形結構。本發明很大程度上解決了現有技術中的縱向振動夾心式壓電超聲換能器存在的功率容量較小、單向超聲輻射及超聲輻射面積較小的不足之處，同時具有雙頻、二維四向超聲輻射等優點。

技術領域

本發明涉及超聲換能器技術領域，尤其是涉及一種雙激勵二維縱向耦合振動夾心式壓電超聲換能器。

背景技術

功率超聲是利用超聲振動能量來改變物質組織的結構、狀態、功能或加速這些改變的過程。與其它處理技術比較，功率超聲技術常能大幅度提高處理速度和效率，提升處理質量，完成一般技術難以完成的處理工作。在功率超聲技術的應用中，超聲換能器是超聲處理設備的核心部件，其性能的好壞直接決定著功率超聲的應用效果。目前，在功率超聲領域，縱向振動夾心式壓電超聲換能器應用最為廣泛，原因在于該類換能器具有結構簡單、機電轉換效率高、機械強度高及功率可調節等優點。

然而，隨著功率超聲技術的深入發展，特別是在廢水處理、金屬冶煉、中草藥萃取、超聲凝聚及超聲加工領域中的廣泛應用，對超聲換能器的超聲功率、超聲強度、超聲波輻射方向及聲輻射面積提出了更高的要求。因此，傳統的縱向振動夾心式壓電超聲換能器已不能滿足功率超聲技術發展的新需求，主要表現為:

1、受換能器的縱向尺寸(通常為半波長振子)、橫向尺寸(小于四分之一波長)、散熱以及組成材料的機械強度等限制，傳統的單一縱向振動夾心式壓電超聲換能器的功率容量很難做的很大。

2、傳統的縱向振動夾心式壓電超聲換能器存在超聲輻射方向單一和聲輻射面積較小等不足之處，必將制約其廣泛應用。

基于此，本發明提供了一種雙激勵二維縱向耦合振動夾心式壓電超聲換能器，很大程度上解決了上述技術問題，同時具有雙頻、二維四向超聲輻射等優點。

發明內容

本發明的目的在于提供雙激勵二維縱向耦合振動夾心式壓電超聲換能器，以解決現有技術中存在的傳統的單一縱向振動夾心式壓電超聲換能器的功率容量較小，傳統的縱向振動夾心式壓電超聲換能器存在超聲輻射方向單一和聲輻射面積較小的問題，且本發明提供的雙激勵二維縱向耦合振動夾心式壓電超聲換能器，同時具有雙頻、二維四向超聲輻射等優點，很大程度上解決了上述技術問題。

本發明提供的雙激勵二維縱向耦合振動夾心式壓電超聲換能器，該雙激勵二維縱向耦合振動夾心式壓電超聲換能器包括壓電陶瓷晶堆、外部金屬塊以及共享中心耦合金屬塊；其中，

所述壓電陶瓷晶堆包括左端壓電陶瓷晶堆和右端壓電陶瓷晶堆；

所述外部金屬塊包括外部左金屬塊、外部右金屬塊、外部上金屬塊以及外部下金屬塊；

所述外部左金屬塊、左端壓電陶瓷晶堆、共享中心耦合金屬塊、右端壓電陶瓷晶堆、外部右金屬塊在水平方向上依次同軸連接，形成一個半波長振子；

所述外部上金屬塊、共享中心耦合金屬塊和外部下金屬塊在垂直方向上依次同軸連接，形成另一半波長振子。

進一步地，所述左端壓電陶瓷晶堆和右端壓電陶瓷晶堆均由偶數片形狀相同的環形壓電陶瓷晶片疊放而成，任意相鄰的兩片所述環形壓電陶瓷晶片之間均安裝有環形金屬電極片，位于頂端和底端的所述環形壓電陶瓷晶片的外側也分別安裝有所述環形金屬電極片；其中，

任意相鄰的兩片所述環形金屬電極片分別連接極性相反的電極。

進一步地，所述共享中心耦合金屬塊為立方體結構或兩短圓柱垂直交叉而成。

具體地，所述共享中心耦合金屬塊中心位置設置有用于使換能器與外部機械結構連接固定的貫通的螺紋孔。