[发明专利]一种新型超声棒

说明书

本发明公开了一种新型超声棒，包括超声换能器，该超声棒还包括有：阶梯型变幅装置，以放大纵向振幅；开缝圆管，以产生管壁弯曲振动；所述阶梯型变幅装置和开缝圆管依次设置在超声换能器输出端。本发明在换能器基础上增加了阶梯型变幅装置和开缝圆管。依据振动理论，与纵向振动相比，在相同的共振频率下，对于纵横比较大的振子，其弯曲振动通常工作于更高阶振动模式，单位长度内的波峰数量更多，振幅也较大，因而辐射器体积形变更大，声辐射效率更高，辐射声场更均匀。在水体处理、药物萃取以及声化学反应等液体介质处理领域，产品实用性强于现有的柱形超声换能器，且结构简单，制造工艺难度较低。

技术领域

本发明涉及超声换能器应用技术领域，具体为一种纵弯振动模式转换超声棒。

背景技术

大功率超声换能器在超声清洗、有机废水降解以及药物萃取等领域具有广泛应用前景。作为液体超声处理换能器，一方面要求有大的功率容量；另一方面要求有尽可能大的体积形变，以提高声辐射效率；此外，还要有尽可能均匀的辐射声场，以提高超声作用效果。

已有技术中，专利号为ZL 200520075667.4,名称为“ 大功率超声换能器”的实用新型专利，通过在一根较长的金属圆管内套接多级径向极化压电陶瓷圆管而成，该换能器在圆管半径方向能获得较均匀的辐射声场。不足之处在于换能器内部的压电陶瓷圆管为径向极化，其横向机电耦合系数k31较小，换能器机电转换效率较低；此外，换能器金属圆管外壳为双层结构，中间充油。由于油和金属声阻抗率差异较大，换能器内部存在较大的声透射衰减，导致换能器辐射效率降低。

专利号为ZL 200520057492.4,名称为“洗罐用的超声棒”的实用新型专利，通过在圆管或多边形截面管内壁粘结一系列纵向振动换能器来实现径向振动和辐射。该超声棒内部采用一组纵向复合换能器驱动，功率容量可以较大。但对于低频超声棒，其直径将比较大，设备较笨重；此外，换能器要求具有较高的水密性。

专利号为ZL 200910102269.X,名称为“一种大功率超声复合管”的发明专利，采用一组短复合管压电换能器轴向串接而成。换能器内部采用柱面压电陶瓷晶堆环组，并通过内部的金属弹性账套协同外部金属圆管对中间的柱面压电陶瓷晶堆环组施加足够大径向预应力，以提高换能器的功率容量。该复合管换能器功率密度大，机电转换效率较高，其径向辐射声场分布均匀性较好。但换能器结构比较复杂，工艺要求较高，特别是其内部各弹性账套产生的预应力大小难以控制，将使得内部各换能器单元谐振频率的一致性很难控制；此外，换能器同样对水密性要求较高。

此外，目前应用较多的一类圆柱超声换能器产品，主要采用夹心式换能器激励一根带有阶梯盘的金属长棒，通过泊松效应将换能器的纵向振动转换金属长棒的径向振动。这类圆柱换能器由于采用夹心式纵向压电换能器驱动，功率容量较大，但由于纵波波速较大，振动沿棒长度方向存在明显的驻波特性，导致辐射声场不均匀性较大。

发明内容

基于此，为了解决上述问题，本发明的首要目的在于提供一种新型超声棒，该超声棒能产生弯曲振动，与常用的纵向振动相比，在相同的共振频率下，该超声棒单位长度内的波峰数量更多，振幅也较大，声辐射效率更高。

本发明的另一个目的在于提供一种新型超声棒，该超声棒在超声换能器之外独立设置开缝圆管和变幅装置，通过振动模式转换，将超声换能器和变幅装置的纵向振动转化为与之相连的开缝圆管端盖的平面弯曲振动，并使开缝圆管管壁产生横向弯曲振动实现更加均匀的声辐射，同时开缝圆管内部还可形成高强度线聚焦声场。

本发明的又一个目的在于提供一种新型超声棒，该超声棒能够具有更大的位移振幅和体积形变，大大提高了声辐射效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种新型超声棒，包括超声换能器，其特征在于该超声棒还包括有：

阶梯型变幅装置，以放大纵向振幅；

开缝圆管，可产生管壁弯曲振动；