[发明专利]大功率复合压电换能器

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波仪器。特别是涉及一种用于石油勘探和开发过程中低渗油层改造和孔隙堵塞的超声波处理的大功率复合压电换能器。

背景技术

低渗井需要压裂改造或超声波作业才能够增加其渗透率，提高原油产量。在采油过程中注入的水中含一定的杂质、这些杂质经常会堵塞砂岩地层的孔隙吼道，最终导致原油产量降低。过去用酸进行清洗，污染地层和套管，现在尝试用超声波方法进行解堵，取得了一定的效果。专利号为2L95111968.0公开了一种用于该作业的大功率信号发生器。与该发生器配套的换能器有两种：一种用玻璃钢将多个压电晶体管缠绕在一起构成发射单元，另外一种用薄铝管套在压电管的外面，用铜管衬在压电管的里面，给压电管增加预应力，构成振动单元。还有一种是用钢丝缠绕在压电管的外面，给压电管增加预应力，构成振动单元。实验证明：用铝管套在压电管的外面所形成的振动单元所激发的振动能量比较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够使换能器所能够承受的电流更大的大功率复合压电换能器。

本发明所采用的技术方案是：一种大功率复合压电换能器，包括有质量块，设置在质量块上面的铝套管，通过内衬铜管固定镶嵌在铝套管内侧的压电管，设置在铝套管顶端的连接头，设置要连接头上端的压电陶瓷晶堆，所述的质量块、铝套管、连接头和压电陶瓷晶堆通过贯穿中心的预应力螺杆固定连接。

所述的压电陶瓷晶堆是由多个结构相同的压电陶瓷晶片组成。

所述的预应力螺杆贯穿质量块、内衬铜管、压电管、铝套管、连接头和压电陶瓷晶堆的中心，上、下两端通过螺母分别固定在压电陶瓷晶堆和质量块的外侧端部。

所述的铝套管的长度与半径之比为3-5。

本发明的大功率复合压电换能器，结构简单，易于实现。在晶堆加电压以后产生纵向振动，从而引起薄圆管的纵向振动，管子的纵向振动转化为径向振动，从而使管子的径向位移增大，使换能器的发射功率增加。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图中：

1：质量块    2：内衬铜管

3：压电管    4：铝套管

5：连接头    6：压电陶瓷晶堆

7：预应力螺杆

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的大功率复合压电换能器做出详细说明。

长薄铝套管的振动模态是激发换能器能量的关键因素。薄铝套管振动时既有径向位移也有纵向位移，两者是相互耦合的，利用这种耦合关系，我们可以进一步增加换能器的激发能量。即在薄铝套管纵向上加预应力，这样，薄铝套管更容易被激发振动，为了增加纵向振动位移，我们在纵向上还增加了晶堆，使其与薄铝套管一起振动，这样，在进一步增加薄铝套管纵向振动位移的同时，该位移通过薄铝套管转换为径向振动，使薄铝套管的径向振动位移更大，压电管与晶堆共同承受电流，使换能器所能够承受的电流更大。

如图1所示，本发明的大功率复合压电换能器，包括有质量块1，设置在质量块1上面的薄铝套管4，通过内衬铜管2固定镶嵌在薄铝套管4内侧的压电管3，设置在薄铝套管4顶端的圆形金属连接头5，设置要圆形金属连接头5上端的压电陶瓷晶堆6，在薄铝套管内部安装有圆筒状压电管，压电管内衬铜管，使其与薄铝套管紧密接触，给压电管径向增加预应力。在压电管之下配有质量较大的金属质量块，其作用为减小压电管纵向位移，使压电管的纵向振动最大限度地转化为径向振动，从而使管子的径向位移增大，使换能器的功率增加。所述的质量块1、铝套管4、连接头5和压电陶瓷晶堆6通过贯穿中心的预应力螺杆7固定连接。所述的预应力螺杆7贯穿质量块1、内衬铜管2、压电管3、铝套管4、连接头5和压电陶瓷晶堆6的中心，上、下两端通过螺母分别固定在压电陶瓷晶堆6和质量块1的外侧端部。所述的压电陶瓷晶堆6是由多个结构相同的压电陶瓷晶片组成。所述的薄铝套管4的长度与半径之比为3-5。

给压电陶瓷晶堆与圆筒状压电管同时加电压，使压电陶瓷晶堆纵向振动，圆筒状压电管径向振动。薄铝套管在纵向振动晶堆的联合参与下，其径向振动位移得到加强，使圆筒状压电管径向上得到更加明显的位移变化，从而提高了换能器的功率。

本发明的大功率复合压电换能器，用晶堆和薄铝管套的压电圆管共同构成换能器的振动单元，用薄铝套管给压电管增加径向预应力，用螺杆压紧晶堆给薄铝套管纵向增加预应力。晶堆和压电管同时加电压，同时振动，利用纵向和径向振动的耦合关系，将纵向振动转换为径向振动。从而提高薄铝套管径向振动位移和能量。由于振动单元中的纵向晶堆和压电圆管均加了预应力，都能够承受的大的振动位移。更重要的是：薄铝套管自身的振动特征构成一个整体。其长度与半径比为3-5，构成了耦合更加密切的振动模式和振动单元。多个这样的振动单元组合构成一个大功率超声波换能器。