[实用新型]夹心式压电换能器超声振子特性测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及超声振子特性测试，具体地说本实用新型涉及超声振子的振动模态、温度、振幅、阻抗及谐振频率等参数的测量。

背景技术

近年来在功率超声的许多应用中，如超声清洗、超声加工和超声焊接等，越来越广泛地采用夹心式压电换能器。主要原因在于此类换能器的电声效率高、功率容量大以及换能器结构和形状可以根据不同的应用分别进行设计，使用者可以针对不同的应用，对换能器的不同参数，如电声效率、输入阻抗、振速比以及频带宽度等分别进行优化设计。

夹心式压电超声换能器主要由三部分组成，即压电陶瓷元件、金属后盖板和金属前盖板。夹心式压电换能器超声振动系统则是在换能器的基础上加上扩大振幅的变幅杆和与工件接触的工具头。超声振子的主要参数为振动振幅、谐振频率和阻抗特性，后两个因素对振子的振幅影响很大。另外，振动过程中工具头载荷的变化、振子法兰夹持状态的不同、振子的温度等因素都对换能器的谐振频率、阻抗特性以及振动模态有一定的影响，研究这些因素对超声振子的各项特性的影响规律对于更好地应用振子很有意义。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一个超声振子性能的检测平台，利用该装置能够使振子在可变振子法兰夹紧力、可变工具头固体载荷和可变工具头液体载荷三种情况下振动，同时能测量出三种情况下超声振子的振动模态、工具头振幅、谐振频率、阻抗特性、工具头温度、以及工具头在水中所产生的声强大小等，从而对装配后的振子是否达到设计要求进行评价，根据所得的振子综合性能合理地使用振子，使超声振动系统达到更高的效率。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案如下：

本实用新型的振子特性测试装置包括加载机构、导向机构、测力机构、超声组件、振子装夹机构以及各种振子特性测量仪器仪表。

加载机构主要由气源三联件、手动换向阀、节流阀和气缸组成，换向阀和气缸直接安装在平台底板上，气源三联件悬挂在L形支座的左平面上，L形支座右平面可用于安装水平支架，振子装在支架上可实现振子浸入水槽液体中，通过改变振子浸入液体的高度，测量振子在不同液体负载中振动的声强。

导向机构包括传感器下垫的平滑垫片，安装平滑垫片和套筒的套筒支座，安装套筒支座底板的法兰式滑块和直线导轨，直线导轨用螺栓固定在气缸有杆腔右侧的平台底板上，使用气缸活塞杆推动传感器连同套筒水平向右运动；套筒支座用螺栓与传感器右端面联接，使传感器右端面与套筒支座贴紧。

测力机构由称重传感器和显示仪表组成，实现工具头载荷大小和超声振子的法兰夹紧力的测量。称重传感器左侧通过螺纹转换接头与气缸活塞杆相连，右侧与安装套筒的套筒支座面接触，同时中心用螺栓固定在套筒支座上。传感器底部垫上平滑垫片，该垫片用螺栓锁紧在套筒支座上。

超声组件由超声振子、超声电源组成，超声振子由换能器、变幅杆和工具头组成。换能器由前金属盖板、电极片、压电陶瓷片、后金属盖板组成，超声电源输出超声频率(16kHz以上)的电压通过电极片作用在压电陶瓷上。压电陶瓷的逆压电效应使换能器产生超声频率的振动，变幅杆的聚能作用使工具头端面的振幅扩大。当测量超声振子空载而振子法兰夹紧力可变时，振子轴线与支座法兰重合，工具头端面向右，套筒向右压紧振子法兰；当测量超声振子可变工具头固体载荷时，超声振子用螺栓固定在支座法兰上，工具头端面向左与套筒内的柱形工件接触；当测量超声振子可变工具头液体载荷时，超声振子竖直安装在水平支架上，工具头在下浸入水槽液体中。

振子装夹机构由支座法兰、振子支座和水平支架组成，支座法兰用螺栓安装在振子支座上，其上圆周分布着与振子法兰上通孔对应的通孔，超声振子法兰可通过套筒压紧或用螺栓固定在支座法兰上；用于竖直安装超声振子的水平支架安装在L形支座右平面上。

测量仪器仪表主要包括阻抗分析仪、称重传感器及其显视表、数显千分表、红外温度测量仪和超声声强测量仪。

本实用新型与现有技术相比，具有如下特点：

1.在一个平台上实现包括可变振子法兰夹紧力、可变工具头固体载荷和可变工具头液体载荷三种不同情况下振子性能的测量；

2.巧妙地利用称重传感器测量工具头所受负载和套筒与振子支架对振子法兰的夹紧力，使测力简单、可靠，以直线导轨作为导向机构的主要元件，使施力均匀；

3.测量所得性能参数多，能较全面的反映出振子的实际特性和设计合理性，为应用振子提供指导作用。

附图说明

图1是本实用新型的夹心式压电换能器超声振子特性测试装置的装配图。