雙激勵(lì)壓電超聲換能器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及超聲換能器領(lǐng)域，尤其涉及一種雙激勵(lì)壓電超聲換能器。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲換能器是在超聲頻率范圍內(nèi)將交變的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)或者將外界聲場(chǎng)中的聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的能量轉(zhuǎn)換器件。由于超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生許多物理、化學(xué)及生物等效應(yīng)，同時(shí)因?yàn)槌暡ù┩噶?qiáng)、集束性好、信息攜帶量大、易于實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的在線無損檢測(cè)和無損診斷，因?yàn)樵诠I(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、生物醫(yī)藥和科學(xué)研究等方面得到廣泛的應(yīng)用。
[0003]超聲換能器的種類很多，其中壓電超聲換能器是應(yīng)用最廣的一種。壓電超聲換能器是通過各種具有壓電效應(yīng)的電介質(zhì)，如石英、壓電陶瓷、壓電復(fù)合材料以及壓電薄膜等，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)，或?qū)⒙曅盘?hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。壓電陶瓷材料是目前超聲研究及應(yīng)用中極為常用的材料，具有很多優(yōu)點(diǎn)，因此壓電陶瓷換能器得到了最為廣泛的應(yīng)用。
[0004]現(xiàn)有的壓電超聲換能器包括單激勵(lì)壓電超聲換能器和雙激勵(lì)壓電超聲換能器:
[0005]圖1為單激勵(lì)壓電換能器的結(jié)構(gòu)示意圖，其包括螺栓11及依次套設(shè)在螺栓11上并相互壓緊的后蓋板12、激勵(lì)元件13和前蓋板14，激勵(lì)元件13包括四個(gè)電極片131和四個(gè)壓電陶瓷片132，電極片131和壓電陶瓷片132依次交替套設(shè)在螺栓I上。單激勵(lì)壓電超聲換能器工作原理為:由螺栓11對(duì)激勵(lì)單元13施加恒定預(yù)應(yīng)力，電極片131緊貼壓電陶瓷片132，電極片131施加電壓可使壓電陶瓷片132在逆壓電效應(yīng)下產(chǎn)生變形和振動(dòng)，由電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再通過前蓋板14完成振幅的轉(zhuǎn)換并輸出，從而完成超聲波的傳導(dǎo);而后蓋板由重金屬材料制成，使得能量最小限度地從換能器的后蓋板表面輻射，從而提高前向輻射功率，即實(shí)現(xiàn)單激勵(lì)壓電超聲換能器的單向輻射。由于激勵(lì)元件13結(jié)構(gòu)的限制，預(yù)應(yīng)力加載有限，壓電陶瓷片132的變形幅度較小，導(dǎo)致輸入和輸出的前后振幅比較小，且能效轉(zhuǎn)換比較低。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中單激勵(lì)壓電超聲換能器預(yù)應(yīng)力不足、壓電陶瓷片振動(dòng)損耗大、能效轉(zhuǎn)換低的技術(shù)問題，目的在于提供一種能效轉(zhuǎn)換高的雙激勵(lì)超聲換能器。
[0007]本實(shí)用新型的雙激勵(lì)壓電超聲換能器為一柱狀體，其包括一桿狀的連接元件以及依次套設(shè)在所述連接元件上并相互壓緊的后蓋板、后激勵(lì)元件、過渡塊、前激勵(lì)元件和前蓋板;所述后激勵(lì)元件和所述前激勵(lì)元件均包括套設(shè)在所述連接元件上的一對(duì)電極片和一壓電晶片，所述壓電晶片夾在所述電極片之間；后激勵(lì)元件前端的電極片連有導(dǎo)線用于連接電源的一端;前激勵(lì)元件前端的電極片連有導(dǎo)線用于連接電源的另一端;所述后激勵(lì)元件后端的電極片和所述前激勵(lì)元件后端的電極片未連接導(dǎo)線，不接電源視為接地。
[0008]本實(shí)用新型的雙激勵(lì)壓電超聲換能器通過所述過渡塊將所述后激勵(lì)元件和所述前激勵(lì)元件隔開，可有效增加所述后激勵(lì)元件和所述前激勵(lì)元件受到的預(yù)應(yīng)力。工作通電時(shí)，所述后激勵(lì)元件和所前激勵(lì)元件同時(shí)激勵(lì)，且所述后激勵(lì)元件的兩電極片之間和所述前激勵(lì)元件的兩電極片之間分別產(chǎn)生的電壓方向相反的交變電場(chǎng)，即所述后激勵(lì)元件的兩電極片之間形成正向電壓時(shí)所述前激勵(lì)元件形成負(fù)向電壓，或者反過來所述后激勵(lì)元件形成正向電壓時(shí)所述前激勵(lì)元件形成負(fù)向電壓。夾在交變電場(chǎng)中的壓電陶瓷片發(fā)生逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生“壓縮-舒張”循環(huán)振動(dòng)，因產(chǎn)生的交變電場(chǎng)的電壓方向相反，所述后激勵(lì)元件和所述前激勵(lì)元件的振動(dòng)形態(tài)相反，即所述后激勵(lì)元件壓縮時(shí)所述前激勵(lì)元件舒張，或者反過來所述后激勵(lì)元件舒張時(shí)所述前激勵(lì)元件壓縮。這種“壓縮-舒張”的振動(dòng)模式帶動(dòng)所述過渡塊循環(huán)振蕩，可提高前后振幅比和輸出效率。
[0009]所述后激勵(lì)元件和所述前激勵(lì)元件的前端分別還設(shè)有一壓電晶片，以此提高能效轉(zhuǎn)換率。
[0010]所述連接元件包括一螺栓和一內(nèi)螺桿，所述內(nèi)螺桿位于所述螺栓前方且與所述螺栓中間留有小段間隙，所述后蓋板、所述后激勵(lì)元件和所述過渡塊的后半段依次套設(shè)在所述螺栓上，所述過渡塊的前半段、所述前激勵(lì)元件和所述前蓋板依次套設(shè)在內(nèi)螺桿上。
[0011]所述壓電晶片可為石英、壓電陶瓷、壓電復(fù)合材料或者壓電薄膜，本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施例中，所述壓電晶片為壓電陶瓷片。
[0012]所述連接元件為金屬制件時(shí)，為避免所述電極片之間因所述連接元件發(fā)生短路，可在所述連接元件和所述后激勵(lì)元件、所述連接元件和所述前激勵(lì)元件之間分別襯設(shè)絕緣套。
[0013]本實(shí)用新型的積極進(jìn)步效果:
[0014]本實(shí)用新型的雙激勵(lì)壓電超聲換能器的所述后激勵(lì)元件和所述前激勵(lì)元件同時(shí)激勵(lì)發(fā)生振動(dòng)且振動(dòng)形態(tài)相反，以“壓縮-舒張”的振動(dòng)模式帶動(dòng)所述過渡塊循環(huán)振蕩進(jìn)行超聲傳導(dǎo)，提高了前后振幅比和輸出效率，可克服單激勵(lì)壓電超聲換能器預(yù)應(yīng)力不足和壓電陶瓷片振動(dòng)損耗大的缺點(diǎn)，提高能效轉(zhuǎn)換率，從而節(jié)約供電成本。
[0015]以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本實(shí)用新型的目的、特征和效果。
【附圖說明】
[0016]圖1為單激勵(lì)壓電超聲換能器示意圖。
[0017]圖2為本實(shí)用新型的雙激勵(lì)壓電超聲換能器示意圖。
[0018]圖3為圖2所示的雙激勵(lì)壓電超聲換能器的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面舉出較佳實(shí)施例，并結(jié)合附圖來更清楚完整地說明本實(shí)用新型。
[0020]本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0021]圖2所示，本實(shí)施例的雙激勵(lì)壓電超聲換能器包括一連接元件21以及依次套設(shè)在連接元件21上并相互壓緊的后蓋板22、后激勵(lì)元件23、過渡塊24、前激勵(lì)元件25和前蓋板
26 ο
[0022]連接元件21包括后端的螺栓211和前端的內(nèi)螺桿212，螺栓211和內(nèi)螺桿之間留有間隙；后蓋板22、后激勵(lì)元件23和過渡塊24的后半段依次套設(shè)在螺栓211上;過渡塊24的前半段、前激勵(lì)元件25和前蓋板26依次套設(shè)在內(nèi)螺桿212上;在螺栓211和后激勵(lì)元件23之間、內(nèi)螺桿212和前激勵(lì)元件25之間分別襯設(shè)有絕緣套27，如剖視圖圖3所示。
[0023]后激勵(lì)元件23包括依次交替的兩電極片231和兩壓電陶瓷片232，前激勵(lì)元件24包括依次交替的兩電極片251和兩壓陶瓷片252;兩電極片231中位于前端的一片連有導(dǎo)線并與電源的一端連接，兩電極片251中位于前端的一片連有導(dǎo)線并與電源的另一端連接。
[0024]工作通電時(shí)，后激勵(lì)元件23和前激勵(lì)元件25同時(shí)激勵(lì)，兩電極片231之間的電壓方向和兩電極片251之間的電壓方向相反，使得壓電陶瓷片232和壓電陶瓷片252產(chǎn)生逆壓電效應(yīng)進(jìn)行“壓縮-舒張”循環(huán)振動(dòng)，且壓電陶瓷片232壓縮時(shí)壓電陶瓷片252舒張，壓電陶瓷片232舒張時(shí)壓電陶瓷片252壓縮。壓電陶瓷片232和壓電陶瓷片252共同帶動(dòng)過渡塊24循環(huán)振蕩，有效提尚如后振幅比，增大輸出效率。
[0025]以上詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的一較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本實(shí)用新型的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本實(shí)用新型的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種雙激勵(lì)壓電超聲換能器，為一柱狀體，其特征在于:其包括一桿狀的連接元件以及依次套設(shè)在所述連接元件上并相互壓緊的后蓋板、后激勵(lì)元件、過渡塊、前激勵(lì)元件和前蓋板;所述后激勵(lì)元件和所述前激勵(lì)元件均包括套設(shè)在所述連接元件上的一對(duì)電極片和一壓電晶片，所述壓電晶片夾在所述電極片之間；后激勵(lì)元件前端的電極片連有導(dǎo)線用于連接電源的一端;前激勵(lì)元件前端的電極片連有導(dǎo)線用于連接電源的另一端。2.如權(quán)利要求1所述的雙激勵(lì)壓電超聲換能器，其特征在于:所述后激勵(lì)元件和所述前激勵(lì)元件的前端分別還設(shè)有一壓電晶片。3.如權(quán)利要求1所述的雙激勵(lì)壓電超聲換能器，其特征在于:所述連接元件包括一螺栓和一內(nèi)螺桿，所述內(nèi)螺桿位于所述螺栓前方且與所述螺栓中間留有小段間隙，所述后蓋板、所述后激勵(lì)元件和所述過渡塊的后半段依次套設(shè)在所述螺栓上，所述過渡塊的前半段、所述前激勵(lì)元件和所述前蓋板依次套設(shè)在內(nèi)螺桿上。4.如權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的雙激勵(lì)壓電超聲換能器，其特征在于:所述壓電晶片為壓電陶瓷片。5.如權(quán)利要求4所述的雙激勵(lì)壓電超聲換能器，其特征在于:其還包括內(nèi)襯于所述連接元件和所述后激勵(lì)元件之間、以及內(nèi)襯于所述連接元件和所述前激勵(lì)元件之間的絕緣套。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種雙激勵(lì)壓電超聲換能器，其包括一桿狀的連接元件以及依次套設(shè)在所述連接元件上并相互壓緊的后蓋板、后激勵(lì)元件、過渡塊、前激勵(lì)元件和前蓋板；所述后激勵(lì)元件和所述前激勵(lì)元件均包括套設(shè)在所述連接元件上的一對(duì)電極片和一壓電晶片，所述壓電晶片夾在所述電極片之間；所述后激勵(lì)元件前端的電極片連有導(dǎo)線用于連接電源的一端，所述前激勵(lì)元件前端的電極片連有導(dǎo)線用于連接電源的另一端。所述后激勵(lì)元件和所述前激勵(lì)元件可同時(shí)激勵(lì)發(fā)生振動(dòng)且振動(dòng)形態(tài)相反，以“壓縮-舒張”的振動(dòng)模式帶動(dòng)所述過渡塊循環(huán)振蕩進(jìn)行超聲傳導(dǎo)，可提高前后振幅比和輸出效率，提高能效轉(zhuǎn)換率。
【IPC分類】B06B1/06
【公開號(hào)】CN205341214
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521095907
【發(fā)明人】周紅生, 高琦
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院聲學(xué)研究所東海研究站
【公開日】2016年6月29日
【申請(qǐng)日】2015年12月24日