雙激勵壓電超聲換能器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及超聲換能器領域，尤其涉及一種雙激勵壓電超聲換能器。
【背景技術】
[0002]超聲換能器是在超聲頻率范圍內將交變的電信號轉換成聲信號或者將外界聲場中的聲信號轉換為電信號的能量轉換器件。由于超聲波在介質中傳播時會產生許多物理、化學及生物等效應，同時因為超聲波穿透力強、集束性好、信息攜帶量大、易于實現快速準確的在線無損檢測和無損診斷，因為在工業、農業、國防、生物醫藥和科學研究等方面得到廣泛的應用。
[0003]超聲換能器的種類很多，其中壓電超聲換能器是應用最廣的一種。壓電超聲換能器是通過各種具有壓電效應的電介質，如石英、壓電陶瓷、壓電復合材料以及壓電薄膜等，將電信號轉換成聲信號，或將聲信號轉換成電信號，從而實現能量的轉換。壓電陶瓷材料是目前超聲研究及應用中極為常用的材料，具有很多優點，因此壓電陶瓷換能器得到了最為廣泛的應用。
[0004]現有的壓電超聲換能器包括單激勵壓電超聲換能器和雙激勵壓電超聲換能器:
[0005]圖1為單激勵壓電換能器的結構示意圖，其包括螺栓11及依次套設在螺栓11上并相互壓緊的后蓋板12、激勵元件13和前蓋板14，激勵元件13包括四個電極片131和四個壓電陶瓷片132，電極片131和壓電陶瓷片132依次交替套設在螺栓I上。單激勵壓電超聲換能器工作原理為:由螺栓11對激勵單元13施加恒定預應力，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在逆壓電效應下產生變形和振動，由電能轉換為機械能，再通過前蓋板14完成振幅的轉換并輸出，從而完成超聲波的傳導;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，即實現單激勵壓電超聲換能器的單向輻射。由于激勵元件13結構的限制，預應力加載有限，壓電陶瓷片132的變形幅度較小，導致輸入和輸出的前后振幅比較小，且能效轉換比較低。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型針對現有技術中單激勵壓電超聲換能器預應力不足、壓電陶瓷片振動損耗大、能效轉換低的技術問題，目的在于提供一種能效轉換高的雙激勵超聲換能器。
[0007]本實用新型的雙激勵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在所述連接元件上并相互壓緊的后蓋板、后激勵元件、過渡塊、前激勵元件和前蓋板;所述后激勵元件和所述前激勵元件均包括套設在所述連接元件上的一對電極片和一壓電晶片，所述壓電晶片夾在所述電極片之間；后激勵元件前端的電極片連有導線用于連接電源的一端;前激勵元件前端的電極片連有導線用于連接電源的另一端;所述后激勵元件后端的電極片和所述前激勵元件后端的電極片未連接導線，不接電源視為接地。
[0008]本實用新型的雙激勵壓電超聲換能器通過所述過渡塊將所述后激勵元件和所述前激勵元件隔開，可有效增加所述后激勵元件和所述前激勵元件受到的預應力。工作通電時，所述后激勵元件和所前激勵元件同時激勵，且所述后激勵元件的兩電極片之間和所述前激勵元件的兩電極片之間分別產生的電壓方向相反的交變電場，即所述后激勵元件的兩電極片之間形成正向電壓時所述前激勵元件形成負向電壓，或者反過來所述后激勵元件形成正向電壓時所述前激勵元件形成負向電壓。夾在交變電場中的壓電陶瓷片發生逆壓電效應產生“壓縮-舒張”循環振動，因產生的交變電場的電壓方向相反，所述后激勵元件和所述前激勵元件的振動形態相反，即所述后激勵元件壓縮時所述前激勵元件舒張，或者反過來所述后激勵元件舒張時所述前激勵元件壓縮。這種“壓縮-舒張”的振動模式帶動所述過渡塊循環振蕩，可提高前后振幅比和輸出效率。
[0009]所述后激勵元件和所述前激勵元件的前端分別還設有一壓電晶片，以此提高能效轉換率。
[0010]所述連接元件包括一螺栓和一內螺桿，所述內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、所述后激勵元件和所述過渡塊的后半段依次套設在所述螺栓上，所述過渡塊的前半段、所述前激勵元件和所述前蓋板依次套設在內螺桿上。
[0011]所述壓電晶片可為石英、壓電陶瓷、壓電復合材料或者壓電薄膜，本實用新型的一較佳實施例中，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，為避免所述電極片之間因所述連接元件發生短路，可在所述連接元件和所述后激勵元件、所述連接元件和所述前激勵元件之間分別襯設絕緣套。
[0013]本實用新型的積極進步效果:
[0014]本實用新型的雙激勵壓電超聲換能器的所述后激勵元件和所述前激勵元件同時激勵發生振動且振動形態相反，以“壓縮-舒張”的振動模式帶動所述過渡塊循環振蕩進行超聲傳導，提高了前后振幅比和輸出效率，可克服單激勵壓電超聲換能器預應力不足和壓電陶瓷片振動損耗大的缺點，提高能效轉換率，從而節約供電成本。
[0015]以下將結合附圖對本實用新型的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本實用新型的目的、特征和效果。
【附圖說明】
[0016]圖1為單激勵壓電超聲換能器示意圖。
[0017]圖2為本實用新型的雙激勵壓電超聲換能器示意圖。
[0018]圖3為圖2所示的雙激勵壓電超聲換能器的剖視圖。
【具體實施方式】
[0019]下面舉出較佳實施例，并結合附圖來更清楚完整地說明本實用新型。
[0020]本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的:
[0021]圖2所示，本實施例的雙激勵壓電超聲換能器包括一連接元件21以及依次套設在連接元件21上并相互壓緊的后蓋板22、后激勵元件23、過渡塊24、前激勵元件25和前蓋板
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[0022]連接元件21包括后端的螺栓211和前端的內螺桿212，螺栓211和內螺桿之間留有間隙；后蓋板22、后激勵元件23和過渡塊24的后半段依次套設在螺栓211上;過渡塊24的前半段、前激勵元件25和前蓋板26依次套設在內螺桿212上;在螺栓211和后激勵元件23之間、內螺桿212和前激勵元件25之間分別襯設有絕緣套27，如剖視圖圖3所示。
[0023]后激勵元件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線并與電源的另一端連接。
[0024]工作通電時，后激勵元件23和前激勵元件25同時激勵，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產生逆壓電效應進行“壓縮-舒張”循環振動，且壓電陶瓷片232壓縮時壓電陶瓷片252舒張，壓電陶瓷片232舒張時壓電陶瓷片252壓縮。壓電陶瓷片232和壓電陶瓷片252共同帶動過渡塊24循環振蕩，有效提尚如后振幅比，增大輸出效率。
[0025]以上詳細描述了本實用新型的一較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本實用新型的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本實用新型的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
【主權項】
1.一種雙激勵壓電超聲換能器，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在所述連接元件上并相互壓緊的后蓋板、后激勵元件、過渡塊、前激勵元件和前蓋板;所述后激勵元件和所述前激勵元件均包括套設在所述連接元件上的一對電極片和一壓電晶片，所述壓電晶片夾在所述電極片之間；后激勵元件前端的電極片連有導線用于連接電源的一端;前激勵元件前端的電極片連有導線用于連接電源的另一端。2.如權利要求1所述的雙激勵壓電超聲換能器，其特征在于:所述后激勵元件和所述前激勵元件的前端分別還設有一壓電晶片。3.如權利要求1所述的雙激勵壓電超聲換能器，其特征在于:所述連接元件包括一螺栓和一內螺桿，所述內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、所述后激勵元件和所述過渡塊的后半段依次套設在所述螺栓上，所述過渡塊的前半段、所述前激勵元件和所述前蓋板依次套設在內螺桿上。4.如權利要求1?3任一項所述的雙激勵壓電超聲換能器，其特征在于:所述壓電晶片為壓電陶瓷片。5.如權利要求4所述的雙激勵壓電超聲換能器，其特征在于:其還包括內襯于所述連接元件和所述后激勵元件之間、以及內襯于所述連接元件和所述前激勵元件之間的絕緣套。
【專利摘要】本實用新型公開了一種雙激勵壓電超聲換能器，其包括一桿狀的連接元件以及依次套設在所述連接元件上并相互壓緊的后蓋板、后激勵元件、過渡塊、前激勵元件和前蓋板；所述后激勵元件和所述前激勵元件均包括套設在所述連接元件上的一對電極片和一壓電晶片，所述壓電晶片夾在所述電極片之間；所述后激勵元件前端的電極片連有導線用于連接電源的一端，所述前激勵元件前端的電極片連有導線用于連接電源的另一端。所述后激勵元件和所述前激勵元件可同時激勵發生振動且振動形態相反，以“壓縮-舒張”的振動模式帶動所述過渡塊循環振蕩進行超聲傳導，可提高前后振幅比和輸出效率，提高能效轉換率。
【IPC分類】B06B1/06
【公開號】CN205341214
【申請號】CN201521095907
【發明人】周紅生, 高琦
【申請人】中國科學院聲學研究所東海研究站
【公開日】2016年6月29日
【申請日】2015年12月24日