[發(fā)明專利]一種爪式超聲換能器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010050513.9
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111112036A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設計）人: 劉世清;麻磊磊;周光平
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06;B06B3/02
• 代理公司: 杭州中利知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 33301
• 代理人: 盧海龍

本發(fā)明公開了一種爪式超聲換能器，包括夾心式壓電超聲換能器、變幅桿和爪式全向輻射器，變幅桿的一端與夾心式壓電超聲換能器固定連接，變幅桿的另一端與爪式全向輻射器固定連接，夾心式壓電超聲換能器包括后蓋板、壓電陶瓷晶堆和前蓋板，后蓋板、壓電陶瓷晶堆和前蓋板通過應力螺栓固定在一起，爪式全向輻射器包括爪底和爪指，爪底的一端與變幅桿固定連接，爪指固定連接在爪底的另一端，爪底為開口式結構，爪指設置有多根，爪指沿爪底的周向均勻分布；在實現(xiàn)高頻高功率的同時，通過高階的彎曲振動模式實現(xiàn)360°全向聲輻射，即可提高聲輻射效率和聲場作用范圍，又可提高輻射聲場的均勻性。

技術領域

本發(fā)明屬于超聲換能器技術領域，具體涉及一種爪式超聲換能器。

背景技術

超聲換能器的功能是將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成機械功率(即超聲波)再傳遞出去，而自身消耗很少的一部分功率。在高效節(jié)能、環(huán)保等大功率超聲應用技術領域，例如，超聲清洗、超聲藥物萃取、超聲生物燃油設備、原油稠油降粘、超聲污水處理以及聲化學反應等，超聲輻射聲場的均勻性一直為業(yè)界所重視。特別是對于液體介質(zhì)超聲波處理換能器，除了要有大的聲功率外，還需要有極可能大的體積形變以提高超聲能量輻射效率和盡可能均勻的輻射聲場以提高超聲處理效果。實現(xiàn)大功率、高效率和均勻輻射聲場分布一直是業(yè)內(nèi)追求的目標。

傳統(tǒng)復頻驅(qū)動的縱彎復合模式超聲換能器主要存在以下問題：1.多種振動模式共頻率下的機電參數(shù)不同導致電源匹配困難；2.多種振動模式下的應力及振速分布不同，位移節(jié)點位置不同，機械固定困難；3.多種振動模式之間存在相互耦合。現(xiàn)有的棒形、管型液體處理超聲換能器是通過縱向振動或縱向-徑向振動之間的模式轉(zhuǎn)換，均能實現(xiàn)較強輻射聲功率得到了廣泛應用，但是此類棒形和管型換能器工作原理是對棒或管進行縱向激勵產(chǎn)生徑向聲輻射，由于棒或管中的縱波波速較大，因而其縱波波長較長，其輻射聲場沿棒或管長方向有較大的不均勻性，存在較大的駐波特性。

申請?zhí)枮镃N200520075667.4名稱為“大功率超聲換能器”的專利中公開了一種能在周向方向上產(chǎn)生徑向振動的大功率換能器，其輻射范圍較全面，但組裝式結構剛度遠不如一體式結構，意味著該種換能器的功率將受到限制，并且同樣存在輻射聲場均勻性不高的問題；申請?zhí)枮镃N201711137711.3名為“聲場可控的大功率超聲換能器”的專利，公開了一種通過信號延遲系統(tǒng)、多通道功率放大來實現(xiàn)可控聚焦聲場的換能器系統(tǒng)，其原理是通過改變激勵信號的相位差而實現(xiàn)管型換能器的聲場的動態(tài)調(diào)控，需要信號延遲系統(tǒng)、多通道功率放大器和線陣列復合驅(qū)動系統(tǒng)等，因此電源一體化難度較大；申請?zhí)枮镃N201610777589.5名稱為“一種在水中產(chǎn)生多維度超聲波的棒式換能器”，公開了一種縱向-徑向振動模式轉(zhuǎn)換的管棒組合式超聲換能器，這類換能器可以實現(xiàn)一定程度的高功率聲振幅，但因其聲輻射方向單一、聲場均勻性有待進一步提高，無法滿足高效率應用需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術所存在的不足而提供一種爪式超聲換能器的技術方案，在實現(xiàn)高頻高功率的同時，通過高階的彎曲振動模式實現(xiàn)360°全向聲輻射，即可提高聲輻射效率和聲場作用范圍，又可提高輻射聲場的均勻性，從而能夠大幅提高超聲污水處理、超聲藥物萃取、超聲生物燃油制備、超聲清洗等超聲液體領域的處理效率。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：