[发明专利]复合驱动压电超声管形换能器

说明书

本发明提供了一种复合驱动压电超声管形换能器，涉及换能器领域，包括圆管型金属壳体、预应力施加装置、内端振动匹配块、外端振动匹配块和压电晶堆；压电晶堆不小于三组，包括奇数片金属电极片和偶数片压电陶瓷晶片；金属电极片和压电陶瓷晶片间隔叠放；相邻的电极片连接极性相反电极；预应力施加装置包括中心支撑块和螺杆；中心支撑块的圆周面上设置有与压电晶堆的数量相同的柱形凸起；每个柱形凸起设置有插装孔；内端振动匹配块一端设置有螺纹孔；另一端与一组压电晶堆的一端抵接；外端振动匹配块一端与壳体固接；另一端与压电晶堆另一端固接；螺杆一端伸入插装孔内，另一端与螺纹孔螺接。本申请解决了现有换能器功率小等技术问题。

技术领域

本发明涉及换能器领域，尤其是涉及一种复合驱动压电超声管形换能器。

背景技术

超声波换能器的功能是将输入的电功率转换成机械功率(即超声波)再传递出去，而自身消耗很少的一部分功率。

随着超声技术的不断创新，应用水平的不断提高，功率超声在工农业生产、医疗卫生、生物制药以及食品加工等领域获得了广泛的应用。超声换能器作为超声处理设备的核心部件，其性能的好坏直接决定着功率超声的应用效果。

目前，超声处理设备中应用较为广泛的换能器为纵向振动夹心式压电换能器。这是因为此类换能器的结构简单，性能稳定，且具有功率容量大和机电转换效率高等优点。可是，随着高新技术产业的不断发展，人类生存环境质量以及物质要求的提高，生产和生活所用的功率超声处理设备对其换能器的功率容量、声辐射效率、声波作用范围等提出了更高的要求。单个纵向振动夹心式压电超声换能器由于功率容量有限、声辐射面积小、声波作用方向单一等不足，已不能满足现有大功率超声在生产和生活中的需要。

超声处理设备中应用相对较少的另一类换能器为径向振动夹心式换能器，此类换能器是通过热胀冷缩法将压电陶瓷管嵌于金属管内，并利用此原理对压电陶瓷圆管施加由外向内的单向径向预应力。径向振动夹心式换能器的辐射面积较大，产生的声波可以实现沿半径空间的全方位辐射。但是，通过热胀冷缩施加的预应力大小很难控制，预应力较大将导致压电陶瓷管破碎，预应力较小换能器的功率容量将达不到换能器所要求的性能，且换能器输入电功率较大时，强烈的振动容易引起高压打火及电极脱落，所以此类换能器在生产和生活中的应用相对较少。

基于此，本发明提供了一种复合驱动压电超声管形换能器以解决上述两种超声波换能器的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合驱动压电超声管形换能器，以解决现有技术中的纵向振动夹心式压电超声换能器由于功率容量有限、声辐射面积小、声波作用方向单一，以及径向振动夹心式换能器压电陶瓷管所受预应力不易控制、电极易脱落的技术问题。

在本发明的实施例中提供了一种复合驱动压电超声管形换能器，所述复合驱动压电超声管形换能器包括圆管型金属壳体、预应力施加装置、内端振动匹配块、外端振动匹配块和压电晶堆；所述预应力施加装置、所述内端振动匹配块、所述外端振动匹配块和所述压电晶堆位于所述金属壳体内；所述金属壳体的两端固接有金属盖板；

所述压电晶堆不小于三组；每组所述压电晶堆均包括奇数片所述金属电极片和偶数片压电陶瓷晶片；所有的所述压电陶瓷晶片重叠放置；相邻的两片所述压电陶瓷晶片之间均夹装有一个所述金属电极片，位于两端的所述压电陶瓷晶片的外侧也分别放置有一个所述金属电极片；相邻的所述电极片分别通过连接线连接极性相反的电极；

所述预应力施加装置包括中心支撑块和螺杆；所述中心支撑块呈柱形；所述中心支撑块的圆周面上设置有与所述压电晶堆的数量相同的柱形凸起；所有的所述柱形凸起沿所述中心支撑柱的周向均匀分布；每个所述柱形凸起的顶端中心处均设置有插装孔；