[發明專利]一種大功率三維振動超聲輻射器

有效

• 申請號: 201810850229.2
• 申請日: 2018-07-28
• 公開（公告）號: CN108970953B
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發明（設計）人: 祝錫晶;李婧;成全;王建青;崔學良;葉林征;馬愷;劉澤宇;劉帥康
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 太原新航路知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14112
• 代理人: 王勇

1.一種大功率三維振動超聲輻射器，其特征在于：包括徑向壓電振子和軸向壓電振子；

所述徑向壓電振子包括外預應力金屬圓筒（101）、聚氨酯橡膠圓墊（102）、圓杯形端蓋（103）、圓臺形氟橡膠脹芯（104）、內預應力金屬壓塊（105）、圓管形內電極（106）、徑向極化壓電單晶塊（107）、圓管形外電極（108）、第I預緊螺栓（109）、截錐螺旋彈簧（110）；

外預應力金屬圓筒（101）的上端設有敞口、下端設有端壁；外預應力金屬圓筒（101）的端壁貫通開設有三個孔徑一致的第I螺孔，且三個第I螺孔圍繞外預應力金屬圓筒（101）的軸線等距排列；外預應力金屬圓筒（101）的外側面上端設有第I外螺紋；聚氨酯橡膠圓墊（102）的側面與外預應力金屬圓筒（101）的內側面下端緊密配合；聚氨酯橡膠圓墊（102）的下端面與外預應力金屬圓筒（101）的下內端面緊密配合；聚氨酯橡膠圓墊（102）的端面貫通開設有三個孔徑一致的第I裝配圓孔，且三個第I裝配圓孔的軸線分別與三個第I螺孔的軸線重合；三個第I裝配圓孔的孔徑小于三個第I螺孔的孔徑；圓杯形端蓋（103）的杯口朝下；圓杯形端蓋（103）的端壁中央貫通開設有第II螺孔；圓杯形端蓋（103）的內側面下端設有第I內螺紋，且圓杯形端蓋（103）通過第I內螺紋旋擰于外預應力金屬圓筒（101）的外側面上端；圓臺形氟橡膠脹芯（104）的粗端端面與聚氨酯橡膠圓墊（102）的上端面中央緊密配合；圓臺形氟橡膠脹芯（104）的細端端面與外預應力金屬圓筒（101）的上端面齊平，且圓臺形氟橡膠脹芯（104）的細端端面中央開設有第I螺紋凹孔；內預應力金屬壓塊（105）的數目為四個；四個內預應力金屬壓塊（105）均呈弧槽形，且四個內預應力金屬壓塊（105）由其內腔呈圓臺形的金屬圓管分割而成；四個內預應力金屬壓塊（105）的內側面均與圓臺形氟橡膠脹芯（104）的側面緊密配合；四個內預應力金屬壓塊（105）的下端面均與聚氨酯橡膠圓墊（102）的上端面緊密配合；四個內預應力金屬壓塊（105）的上端面均與外預應力金屬圓筒（101）的上端面齊平；相鄰兩個內預應力金屬壓塊（105）之間留有空氣間隙；圓管形內電極（106）的內側面分別與四個內預應力金屬壓塊（105）的外側面緊密配合；圓管形內電極（106）的下端面與聚氨酯橡膠圓墊（102）的上端面緊密配合；圓管形內電極（106）的上端面與外預應力金屬圓筒（101）的上端面齊平；徑向極化壓電單晶塊（107）的數目為八個；八個徑向極化壓電單晶塊（107）均呈弧槽形，且八個徑向極化壓電單晶塊（107）由徑向極化的壓電單晶圓管分割而成；八個徑向極化壓電單晶塊（107）的內側面均與圓管形內電極（106）的外側面緊密配合；八個徑向極化壓電單晶塊（107）的下端面均與聚氨酯橡膠圓墊（102）的上端面緊密配合；八個徑向極化壓電單晶塊（107）的上端面均與外預應力金屬圓筒（101）的上端面齊平；相鄰兩個徑向極化壓電單晶塊（107）之間留有空氣間隙；圓管形外電極（108）的內側面分別與八個徑向極化壓電單晶塊（107）的外側面緊密配合；圓管形外電極（108）的外側面與外預應力金屬圓筒（101）的內側面緊密配合；圓管形外電極（108）的下端面與聚氨酯橡膠圓墊（102）的上端面緊密配合；圓管形外電極（108）的上端面與外預應力金屬圓筒（101）的上端面齊平；第I預緊螺栓（109）的螺桿貫穿第II螺孔，且第I預緊螺栓（109）的尾端旋擰于第I螺紋凹孔內；第I預緊螺栓（109）的頭部緊壓圓杯形端蓋（103）的上外端面；截錐螺旋彈簧（110）套設于第I預緊螺栓（109）的螺桿上；截錐螺旋彈簧（110）的細端緊壓圓杯形端蓋（103）的上內端面；截錐螺旋彈簧（110）的粗端分別緊壓四個內預應力金屬壓塊（105）的上端面；

所述軸向壓電振子包括橡膠彈簧（201）、第II預緊螺栓（202）、圓管形蓋體（203）、圓管形壓電片組、復合變幅桿（206）、緊固節圓盤（207）、圓管形封套（208）；

橡膠彈簧（201）的數目為三個；三個橡膠彈簧（201）分別旋擰于三個第I螺孔內；三個橡膠彈簧（201）的上端面均與外預應力金屬圓筒（101）的下內端面齊平；三個橡膠彈簧（201）的下端面均與外預應力金屬圓筒（101）的下外端面齊平；第II預緊螺栓（202）的數目為三個；三個第II預緊螺栓（202）的螺桿分別貫穿三個橡膠彈簧（201）；三個第II預緊螺栓（202）的頭部分別位于三個第I裝配圓孔內，且三個第II預緊螺栓（202）的頭部分別緊壓三個橡膠彈簧（201）的上端面；圓管形蓋體（203）的數目為三個；三個圓管形蓋體（203）分別套設于三個第II預緊螺栓（202）的螺桿上，且三個圓管形蓋體（203）的上端面分別與三個橡膠彈簧（201）的下端面緊密配合；圓管形壓電片組的數目為三個；每個圓管形壓電片組均由N個圓環形電極片（204）和N個軸向極化的圓環形壓電單晶片（205）自上而下交錯層疊構成；N為偶數，且N≥2；三個圓管形壓電片組分別套設于三個第II預緊螺栓（202）的螺桿上，且三個圓管形壓電片組的上端面分別與三個圓管形蓋體（203）的下端面緊密配合；復合變幅桿（206）的數目為三個；每個復合變幅桿（206）的上端面中央均開設有一個第II螺紋凹孔；三個復合變幅桿（206）分別通過三個第II螺紋凹孔旋擰于三個第II預緊螺栓（202）的尾端，且三個復合變幅桿（206）的上端面分別與三個圓管形壓電片組的下端面緊密配合；緊固節圓盤（207）的端面貫通開設有三個第II裝配圓孔，且三個第II裝配圓孔圍繞緊固節圓盤（207）的軸線等距排列；緊固節圓盤（207）通過三個第II裝配圓孔固定裝配于三個復合變幅桿（206）的節圓處；緊固節圓盤（207）的外側面設有第II外螺紋；圓管形封套（208）的內側面下端設有第II內螺紋，且圓管形封套（208）通過第II內螺紋旋擰于緊固節圓盤（207）上；圓管形封套（208）的內徑等于外預應力金屬圓筒（101）的外徑；圓管形封套（208）的上端面與外預應力金屬圓筒（101）的下外端面齊平。