轴向超声换能器的制作方法

本发明属于换能器领域，具体为一种轴向超声换能器。

背景技术：

超声换能器是在超声频率范围内将交变的电信号转换成声信号或者将外界声场中的声信号转换为电信号的能量转换器件，它是超声技术中的关键器件，其性能好坏直接关系到超声应用技术的效果和使用范围。由于超声技术的应用范围很广，且超声新技术层出不穷，因而与此对应的超声换能器的种类也很多。按其工作原理可分为压电式超声换能器、磁致伸缩式超声换能器、电磁式超声换能器等。其主要利用压电效应、电应变效应、磁应变效应、光弹效应等应变与其他物理性能相互作用的方法，或用电磁的、静电的或光学的手段等可检测由声压作用产生的振动。多数可兼有超声波发射和检测作用的可逆性。压电式超声换能器是利用压电元件的压电效应，将高频电振动转换成高频机械振动，产生超声波。压电换能器的特点是，具有较高的接收灵敏度和较高的发射电声效率，但机械强度比较低（脆性大），频带窄。

压电换能器的应用十分广泛，按应用的行业分为工业、农业、交通运输、生活、医疗及军事等；按实现的功能可分为超声加工、超声清洗、超声探测、检测、监测、遥测、遥感等；按工作环境分为液体、气体、固体、生物体等；按性质分为功率超声、检测超声、超声成像等。

轴向超声换能器是一种常用的超声换能器，其常见结构中主要采用预紧螺栓来提供预紧力，受预紧螺栓本身结构的限制，导致施加在压电陶瓷上的预紧力存在不均匀现象，造成压电陶瓷工作性能不稳定，易开裂失效等。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种结构简单、具有均匀预紧力的轴向超声换能器。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种轴向超声换能器，包括调整螺钉、加压体、密封滑动柱、封装油、中心杆、上盖板、轴向压电陶瓷环、绝缘套、铜电极片、下盖板、节圆法兰、隔振环。

所述加压体由加压部和位于加压部底面均匀设置的多个连接臂一体构成，多个连接臂位于同一圆周上，每个连接臂端部设有法兰连接端，所述加压部内底部设有内腔，所述内腔底壁厚度为1.2~1.5mm，所述加压部上部中心开有与内腔连通的安装孔，所述安装孔的上半段设有螺纹结构、下半段为光滑圆柱面，所述安装孔上半段螺纹安装调整螺钉、其下半段安装密封滑动柱，所述内腔盛放封装油后通过密封滑动柱密封，所述密封滑动柱通过调整螺钉压紧。

所述中心杆底端具有螺纹结构，其余部分为光滑圆柱面；所述中心杆底端螺纹连接于下盖板上，所述中心杆上部套装于上盖板内，所述中心杆上位于上盖板和下盖板之间套装绝缘套，所述中心杆的绝缘套外自下而上依次交替套装有铜电极片和轴向压电陶瓷环；所述下盖板上一体设有节圆法兰，所述节圆法兰与加压体的连接臂的法兰连接端通过螺栓连接，所述加压体的内腔的底壁与镶嵌在上盖板上端面的隔振环相接触。

本发明装置中，加压体采用倒u型结构，且侧壁均匀设有连接臂，加压体与节圆法兰通过螺栓固定连接在一起；加压体内部开设有用于盛放封装油的内腔结构，而且加压体内腔结构的底部采用薄壁结构；调整螺钉、密封滑动柱、加压体和封装油提供轴向压电陶瓷环所需预紧力，即利用封装油提供轴向压电陶瓷组所需均匀轴向预紧力，通过旋转调整螺钉，使密封滑动柱产生轴向位移，加压体内腔体积减小，加压体内腔封装油压升高，导致其底部薄壁结构轴向变形，作用于隔振环、上盖板，从而使轴向压电陶瓷组产生轴向压应力；上盖板、铜电极片、轴向压电陶瓷环和下盖板通过中心杆装在一起，铜电极片与超声电源相连，工作时将轴向的超声频电能转换成轴向超声频机械能。当不同铜电极片与超声电源相连，使得全部或部分轴向压电陶瓷环工作，可得到不同频带、不同能量转换效率的轴向超声。

本发明的轴向换能器装置工作原理为：超声波发生器将50hz的交流电转换成超声频的交变电流信号，通过导线传输给铜电极，使轴向极化的压电陶瓷环产生沿装置轴线方向的超声频伸缩位移，即轴向超声振动。

本发明具有的有益效果如下：

（1）、本发明装置中利用封装油提供均匀轴向预紧力，改善了轴向超声换能器的工作性能，提高了换能器的使用寿命。

（2）、本发明装置在装配时，预紧力的施加与装置的固定一次完成，减小了装配程序，提高了装配效率。

（3）、本发明装置中加压体与下盖板节圆法兰固定在一起，保证了轴向预紧力的施加，提高了换能器的机械强度。

（4）、当不同铜电极与超声电源相连，使得全部或部分轴向压电陶瓷环工作，可得到不同频带、不同能量转换效率的轴向超声频振动。

本发明设计合理，具有很好的实际应用价值。

附图说明

图1表示轴向换能器总体截面示意图。

图2表示加压体结构示意图。

图3表示调整螺钉结构示意图。

图中：1-调整螺钉，2-加压体，3-密封滑动柱，4-封装油，5-中心杆，6-上盖板，7-轴向压电陶瓷环，8-绝缘套，9-铜电极片，10-下盖板，11-节圆法兰，12-隔振环，21-加压部，22-连接臂，23-法兰连接端，24-内腔，25-安装孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

一种轴向超声换能器，包括调整螺钉1、加压体2、密封滑动柱3、封装油4、中心杆5、上盖板6、轴向压电陶瓷环7、绝缘套8、铜电极片9、下盖板10、节圆法兰11、隔振环12。

如图2所示，加压体2由加压部21和位于加压部21底面均匀设置的四个连接臂22一体构成，四个连接臂22位于加压部21底面的最外边缘的同一圆周上，每个连接臂22端部设有法兰连接端23，加压部21内底部中央设有扁平状的内腔24，内腔24底壁设计为薄壁，其底壁厚度约为1.2~1.5mm，优选为1.5mm（加压部2底面中心即内腔24的底壁与上盖板上端面镶嵌的隔振环相接触），加压部21上部中心开有与内腔24连通的安装孔25，安装孔25的上半段设有螺纹结构、下半段为光滑圆柱面，安装孔25上半段螺纹安装调整螺钉1、其下半段安装密封滑动柱3，内腔24盛放封装油4后通过密封滑动柱3密封（密封滑动柱3和内腔24之间充满封装油4，密封滑动柱3通过调整螺钉1压紧。

如图1所示，中心杆5底端具有螺纹结构，其余部分为光滑圆柱面；中心杆5底端螺纹连接于下盖板10上，中心杆5上部套装于上盖板6内，中心杆5上位于上盖板6和下盖板10之间套装绝缘套8，中心杆5的绝缘套8外自下而上依次交替套装有铜电极片9和轴向压电陶瓷环7；下盖板10上一体设有节圆法兰11，节圆法兰11与加压体2的连接臂22的法兰连接端23通过螺栓连接。

具体加工与装配时，中心杆5一端有螺纹结构，其余部分为光滑圆柱。

中心杆5带螺纹的一端与下盖板10通过螺纹连接在一起，铜电极片9、轴向压电陶瓷环7、上盖板6依次套装在中心杆5上，且中心杆5的另一端（无螺纹结构）应位于上盖板6中心通孔内部。

下盖板10上一体设有节圆法兰11。

铜电极片9、轴向压电陶瓷环7、上盖板6、隔振环12、中心杆5位于倒u型加压体2的内部，下盖板10的节圆法兰11的上侧。

加压体2的底部与节圆法兰11通过螺栓固定连接在一起。

加压体2采用倒u型结构，如图2所示，开设有用于盛放封装油的内腔结构，加压体内腔结构的底部采用薄壁结构，厚度约为1.2~1.5mm；侧面均匀设有连接臂，用于散热和接线。加压体2的内腔结构的薄壁底部与镶嵌在上盖板6的上端的隔振环12相接触。

加压体2的上部中心开安装孔，安装孔的上半段有螺纹结构，下半段为光滑圆柱面。

如图3所示，调整螺钉1为台阶结构，大径一端设有调节用内六角盲孔，大径处有螺纹结构，与加压体2的中心孔螺纹相配合，小径为光滑圆柱，用于调节并保持轴向压电陶瓷环7所需预紧力的大小。

调整螺钉1位于加压体2的上部中心开孔处。调整螺钉1的小径底部与密封滑动柱3的上端面接触。

密封滑动柱3位于调整螺钉1与封装油4之间，加压体2的上部中心开孔内部。

密封滑动柱3的侧壁与加压体2的上部中心孔壁相接触，且设有动密封。

中心杆5、轴向压电陶瓷环7、铜电极片9、上盖板6和下盖板10之间安装绝缘套8。上盖板、铜电极片、轴向压电陶瓷环和下盖板通过中心杆装配在一起。本实施例中，四个铜电极片9和四个轴向压电陶瓷环交替装配与中心杆上，铜电极片9与超声电源相连，工作时将轴向的超声频电能转换成轴向超声频机械能。当不同铜电极片与超声电源相连，使得全部或部分轴向压电陶瓷环工作，可得到不同频带、不同能量转换效率的轴向超声。

轴向压电陶瓷环7所需预紧力由调整螺钉1、密封滑动柱3、封装油4、加压体2提供。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。