專利名稱：一種縱彎復合超聲振動聚焦器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用逆壓電效應的超聲振動聲場聚焦領域，具體來說，涉及一種縱彎復合超聲振動聚焦器。
背景技術：
隨著超聲技術的發(fā)展，超聲換能器的應用日趨廣泛，為了將超聲能量匯聚到某一區(qū)域，常需要對超聲波能量進行聚焦，聚焦超聲已廣泛用于超聲氣體介質聲場聚焦、多相流聲場聚焦、超聲醫(yī)療、超聲除塵、超聲干燥、超聲凝聚、超聲無損檢測等領域。目前，實現(xiàn)聚焦的方法有主要有曲面有源自聚焦、聲透鏡聚焦、多元陣列自聚焦、相控陣聚焦方式等。曲面自聚焦換能器是將壓電陶瓷磨成曲面，然后經(jīng)極化、鍍銀而制成，用壓電陶瓷組件直接作為超聲輻射器，其幾何焦距等于元件的曲率半徑，其聲波輻射具有聚焦特征。聲透鏡聚焦是把把縱向振動壓電換能元件與平面-球面聲透鏡膠合在一起，構成球面折射面，發(fā)射的聲波經(jīng)過折射可形成球面匯聚的波振面，從而實現(xiàn)超聲波的匯聚。多元陣列自聚焦是將多個單元換能器安裝在一個球面上，每個單元換能器為一個聲透鏡聚焦換能器，當多個單元換能器同時被激勵時，則可在凹球殼基體的球心處實現(xiàn)聲場的幾何聚焦，焦域的大小由換能器的幾何參數(shù)確定。相控陣聚焦的換能器由多個相互獨立的壓電芯片在空間按一定方式排列成一個陣列，每個芯片稱為一個陣兀，當各陣兀以同一頻率的信號進行激勵時，它們所發(fā)出的聲波是相干的，控制發(fā)射信號的時間延遲，使得各陣元發(fā)射的聲波在焦點處同相，超聲波束在焦點處同相疊加，振動達到最大值，這些聲波在空間干涉后就形成特定的指向性或聚焦特性。目前這幾種聚焦方式在各生產(chǎn)領域均有應用，能夠滿足基本生產(chǎn)應用的需要，但是也有一些問題，曲面有源自聚焦和聲透鏡聚焦方式，超聲能量轉化率低、聚焦聲功率小，尤其是曲面有源自聚焦還存在加工難度大，成本較高等問題，多元陣列自聚焦和相控陣聚焦雖然聚焦聲功率大，但還存在超聲能量轉化率低、功耗大、體積大、不便于移動等問題。為了克服以上超聲聚焦技術的不足，公開號為CN1942218的專利文獻公開了一種準自聚焦高強度大功率超聲換能器，該準自聚焦高強度大功率超聲換能器在壓電陶瓷換能組件的背面設置了兩層低損耗高聲阻的背襯材料，且兩層低損耗高聲阻的背襯材料具有空氣空腔，可以在一定限度上將壓電陶瓷向后方發(fā)射的聲波反射回前方，提高聲波聚焦的強度，但是該換能器的功率容量較小，聲學聚焦強度較低，且壓電陶瓷片為4-24片扇形的曲面結構，加工難度較大，生產(chǎn)成本較高。

發(fā)明內容
為克服以上超聲聚焦技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種夾心式結構的縱彎復合超聲振動聚焦器，包括螺栓、后蓋板、壓電陶瓷片、電極片、變幅桿和聚焦球殼。所述的后蓋板、所述的壓電陶瓷片、所述的電極片和所述的變幅桿依次套設在所述的螺栓上，所述的后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和變幅桿通過所述的螺栓聯(lián)接夾緊，所述的聚焦球殼設置在所述的變幅桿的前端。和準自聚焦高強度大功率超聲換能器相比，該縱彎復合超聲振動聚焦器采用了夾心式換能器結構，具有功率容量大、超聲振動能量轉化率高、結構簡單，加工難度低，生產(chǎn)成本較低等優(yōu)點。更進一步，所述縱彎復合超聲振動聚焦器只采用了一組縱向振動壓電陶瓷片。更進一步，所述縱彎復合超聲振動聚焦器只需要一路超聲電源供應電能。更進一步，所述的縱彎復合超聲振動聚焦器的螺栓根據(jù)需要可為實心結構或具有內孔的空心結構。更進一步，所述的縱彎復合超聲振動聚焦器的變幅桿根據(jù)需要可為實心結構或具有內孔的空心結構。當縱彎復合超聲振動聚焦器的電極片接入超聲電源的電信號后，縱彎復合超聲振動聚焦器的壓電換能器部分就會產(chǎn)生縱向超聲簡諧振動，并驅動變幅桿前端的聚焦球殼進行超聲振動，且縱彎復合超聲振動聚焦器的縱向超聲簡諧振動傳遞到聚焦球殼后轉換為聚焦球殼的彎曲超聲振動，聚焦球殼的彎曲超聲振動易于與空氣介質I禹合，有利于超聲波能量從聚焦球殼向空氣介質中傳播，超聲波能量沿聚焦球殼的半徑方向在聚焦球殼的球心附近匯聚，在聚焦球殼的球心附近形成高聲壓區(qū)域。


圖1是本發(fā)明的一種縱彎復合超聲振動聚焦器的結構示意 圖2是本發(fā)明的一種縱彎復合超聲振動聚焦器應用范例的系統(tǒng)結構示意 圖中標號說明:1.螺栓，2.后蓋板，3.壓電陶瓷片，4.電極片，5變幅桿，6.聚焦球殼，
7.聚焦球殼球心，8.超聲電源
具體實施例方式如圖2所示，本發(fā)明是一種縱彎復合超聲振動聚焦器，本發(fā)明的目的在于提供一種夾心式結構的縱彎復合超聲振動聚焦器，包括螺栓(I)、后蓋板(2)、壓電陶瓷片(3)、電極片(4)、變幅桿(5)和聚焦球殼(6)，所述的后蓋板(2)、所述的壓電陶瓷片(3)、所述的電極片(4)和所述的變幅桿(5)依次套設在所述的螺栓(I)上，所述的后蓋板(2)、壓電陶瓷片(3)、電極片(4)和變幅桿(5)通過所述的螺栓(I)聯(lián)接夾緊，聚焦球殼(6)設置在變幅桿(5)的前端，圖中標號7為聚焦球殼￠)的球心位置。該縱彎復合超聲振動聚焦器只采用了一組縱向振動壓電陶瓷片，只需要一路超聲電源(8)供應電能，變幅桿和中間的聯(lián)接螺栓可以根據(jù)需要加工為實心結構或具有內孔的空心結構。超聲振動聚焦器壓電陶瓷換能器段直徑40mm，壓電陶瓷片為PZT-8，尺寸為，
變幅桿段直徑26mm,聚焦球殼球缺直徑98mm,內徑57mm,外徑60mm,換能器固有頻率為37.28KHz,阻抗為80歐姆，動態(tài)電阻為19歐姆。超聲電源輸出電壓范圍為0-400V,電流范圍為0-4A，輸出頻率為37.28±0.0lKHz0當縱彎復合超聲振動聚焦器的電極片接入超聲電源的電信號后，超聲電源輸出電壓為230V，電流為2.2A，縱彎復合超聲振動聚焦器的壓電換能器部分產(chǎn)生縱向超聲簡諧振動，并驅動變幅桿前端的聚焦球殼進行超聲振動，且縱彎復合超聲振動聚焦器的縱向超聲簡諧振動傳遞到聚焦球殼后 轉換為聚焦球殼的彎曲超聲振動，聚焦球殼的彎曲超聲振動易于與空氣介質耦合，有利于超聲波能量從聚焦球殼向空氣介質中傳播，超聲波能量沿聚焦球殼的半徑方向在聚焦球殼的球心附近匯聚，在聚焦球殼的球心附近形成高聲壓區(qū)域，超聲振動聚焦器聚焦球殼球心附近產(chǎn)生的聲壓所具有的風能可以將直徑為15mm的蠟燭吹滅，以及可將100顆左右直徑5_的泡沫吹散，可將水面吹出一個深越15_水坑。
權利要求
1.一種 縱彎復合超聲振動聚焦器，其特征在于，縱彎復合超聲振動聚焦器包括螺栓(1)、后蓋板(2)、壓電陶瓷片(3)、電極片(4)、變幅桿(5)和聚焦球殼(6)，所述的后蓋板(2)、所述的壓電陶瓷片(3)、所述的電極片(4)和所述的變幅桿(5)依次套設在所述的螺栓(I)上，所述的后蓋板(2)、壓電陶瓷片(3)、電極片(4)和變幅桿(5)通過所述的螺栓(I)聯(lián)接夾緊，聚焦球殼(6)設置在變幅桿(5)的前端。
2.根據(jù)權利要求1所述的縱彎復合超聲振動聚焦器，其特征在于:所述的縱彎復合超聲振動聚焦器的換能器采用了夾心式壓電換能器結構。
3.根據(jù)權利要求1所述的縱彎復合超聲振動聚焦器，其特征在于:所述的縱彎復合超聲振動聚焦器的換能器采用了一組縱向振動壓電陶瓷片(3)。
4.根據(jù)權利要求1所述的縱彎復合超聲振動聚焦器，其特征在于:所述的縱彎復合超聲振動聚焦器的換能器只需要一路超聲電源供應電能。
5.根據(jù)權利要求1所述的縱彎復合超聲振動聚焦器，其特征在于:所述的縱彎復合超聲振動聚焦器具有聚焦球殼(6)的結構。
6.根據(jù)權利要求1所述的縱彎復合超聲振動聚焦器，其特征在于:所述的縱彎復合超聲振動聚焦器的螺栓(I)可為實心結構或具有內孔的空心結構。
7.根據(jù)權利要求1所述的縱彎復合超聲振動聚焦器，其特征在于:所述的縱彎復合超聲振動聚焦器的變幅桿(5)可為實心結構或具有內孔的空心結構。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種縱彎復合超聲振動聚焦器，包括螺栓、后蓋板、壓電陶瓷片、電極片、變幅桿和聚焦球殼。所述的后蓋板、所述的壓電陶瓷片、所述的電極片和所述的變幅桿依次套設在所述的螺栓上，所述的后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和變幅桿通過所述的螺栓聯(lián)接夾緊，聚焦球殼設置在變幅桿的前端。本發(fā)明中縱彎復合超聲振動聚焦器采用夾心式壓電換能器結構，具有功率容量大、聲場聚焦能力強等優(yōu)點。本發(fā)明可以應用于超聲氣體介質聲場聚焦、多相流聲場聚焦、超聲醫(yī)療、超聲除塵、超聲干燥、超聲凝聚、超聲無損檢測等領域。
文檔編號B06B1/06GK103071613SQ201310029310
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月27日 優(yōu)先權日2013年1月27日
發(fā)明者李華, 殷振, 曹自洋, 李艷, 謝鷗, 汪幫富, 趙江江, 任坤, 張峰, 李征 申請人:蘇州科技學院