一种超声波驱动器及管状超声波换能器的制作方法

1.本实用新型涉及一种应用于液体处理的管状超声波换能器，换能器机电转换部件由多个超声波驱动器按不同间距和不同角度构成。


背景技术：

2.目前超声处理作为一种高新技术，以其无污染，低能耗，高效率等突出优点，利用其声空化特性广泛应用于清洗、萃取、物料均质和食品加工等领域。通常超声波驱动器都采用郎之万结构形式，结构部件包括压电驱动晶堆、前后金属盖板、螺杆和螺帽，压电晶堆通过螺杆施加预应力。处理流体的大功率超声波换能器由超声波驱动器和工具头组成，超声波驱动器产生高频振动带动工具头产生相应的高频振动作用于流体媒介，媒体中的声波强度超过静压时，空化泡破裂，产生高温高压，加速声化学反应、物料混合和污垢剥离等。
3.应用于液体处理的大功率超声波换能器结构形式主要有两种，超声波驱动器全向密封浸入液体或暴露在空气中，其激励圆形棒或者圆形空性管按1/2波长产生纵向振动，通过端向或者径向辐射声能。
4.这类大功率超声波换能器的主要存在以下几方面缺陷：
①
超声波换能器的有源驱动材料体积小和功率容量小，导致换能器所能产生的声功率有限，不适合处理大容积液体；
②
超声波换能器的工具头长度最长1.5m，而且振动幅度沿工具头端向逐渐减小，声能密度分布不均匀；
③
工具头通过泊松效应产生径向声能辐射，声能密度低，降低工作效率。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种管状超声波换能器，利用超声波驱动器的纵向振动激励金属圆管实现声波径向辐射，具有功率容量大、声能密度高、声场分布均匀和工作性能稳定等优点，可根据使用需求调整超声波驱动器的数量，环境适用性强。
6.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
7.超声波驱动器包括质量盖板、中质量块、压电陶瓷片、电极片和螺钉组成，通过螺钉锁紧质量盖板和中质量块给陶瓷施加预应力，组合成一个整体，在高频高压电信号驱动下实现超声波驱动器高频纵向振动。
8.所述的压电陶瓷片采用厚度极化圆环压电陶瓷，组成陶瓷堆位于中质量块的两侧。
9.所述的中质量块为圆环结构，材料为金属材料。
10.所述的质量盖板采用金属材料，组合成超声波驱动器质量盖板外形尺寸与金属圆管的内径大小相当，两者实现紧密配合。
11.所述的电极片为铜材料。
12.一种管状超声波换能器，包括金属圆管、多组超声波驱动器、驱动器导线、金属水密盖板和水密电缆组成，安装于水槽或者反应釜中使用，大振幅高频振动作用于液体发生空化，产生高温高压，加速声化学反应、物料混合和污垢剥离等。
13.所述的超声波驱动器的外形与金属圆管同心，通过质量盖板与金属圆管内径过盈配合，实现同步耦合振动，进而辐射径向声能。
14.所述的超声波驱动器沿圆管中心轴按一定角度和一定间距安装在圆管内部。
15.所述的超声波驱动器导线采用高温导线，其分别连接驱动器的正负电极。
16.所述的超声波驱动器的正负极导线与水密电缆正负极连接，引入超声波驱动器高压高频驱动信号。
17.所述的水密电缆与水密盖板紧密配合实现密封。
18.所述的金属水密盖板与金属圆管通过焊接或者o型圈实现密封。
19.本实用新型的管状超声波换能器通过金属圆管与多元超声波驱动器的过盈配合沿金属圆管的中心轴按一定角度和一定距离连接，驱动器的正负极通过高温导线引出，高温导线连接水密电缆，金属端盖与金属圆管间通过焊接或者o型圈实现密封；每个超声波驱动器通过螺钉依次连接质量盖板、陶瓷堆、中质量块、陶瓷堆和金属盖板。本实用新型的管状超声波换能器大大提高了换能器的功率容量、声能密度、声场均匀度和工作性能稳定性，环境适应性强，换能器的寿命延长。
附图说明
20.图1为本实用新型实施的超声波驱动器的剖视图；
21.图2为本实用新型实施相邻两只超声波驱动器垂直布阵的结构示意图；
22.图3为本实用新型实施相邻两只超声波驱动器平行布阵的结构示意图；
具体实施方式
23.附图进一步介绍本实用新型的具体实施方案。
24.如图1所示，超声波驱动器单元，包括螺钉1，质量盖板2，压电陶瓷堆3，压电陶瓷堆3对称安装在中质量块4的两侧，压电陶瓷堆3通过螺钉1锁紧质量盖板2和中质量块4给压电陶瓷堆3施加预应力，电极片6安装于陶瓷堆之间，绝缘套管8套在螺钉1上位于质量盖板2和中质量块4之间。
25.如图2和图3所示多元超声波驱动器10按一定角度错开和一定的间距排列安装在金属管9内，超声波驱动器10相邻两者之间采用隔垫13隔开，超声波驱动器10的正负极通过高温导线12引出，高温导线12的正负极与水密电缆11的正负极连接，水密电缆11与水密端盖15通过紧固件15锁紧或硫化密封，金属圆管9与水密端盖14通过焊接或者o型圈实现管状换能器水密。超声波驱动器10与金属圆管9安装方式为：通过加热使金属圆管9膨胀，然后把超声波驱动器放入金属圆管内腔特定位置，冷却金属圆管，实现过盈配合。


技术特征：
1.一种超声波驱动器，其特征在于，包括两个质量盖板、一个中质量块、两堆压电陶瓷、电极片和压紧螺钉，外形成圆形，两堆压电陶瓷对称分布在质量块两侧，通过螺钉锁中质量块与质量盖板压紧陶瓷堆。2.根据权利要求1所述的超声波驱动器，其特征在于，所述中质量块和质量盖板材料为金属。3.根据权利要求1所述的超声波驱动器，其特征在于，所述电极片材料为铜。4.一种管状超声波换能器，其特征在于，包括金属管和设置在金属管内的多只超声波驱动器，所述超声波驱动器为权利要求1
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3任一项所述的超声波驱动器，所述超声波驱动器的外形尺寸大小与金属管内径相当，超声波驱动器沿金属管中心轴通过过盈配合安装在金属管内部，超声波驱动器的正负极通过高温导线引出，高温导线的正负极与水密电缆的正负极连接，金属管通过两端的金属端盖密封。5.根据权利要求4所述的管状超声波换能器，其特征在于，相邻两只超声波驱动器之间按一定角度错开和一定的间距排列安装在金属管内。

技术总结
本实用新型涉及一种超声波驱动器及管状超声波换能器，包括两个质量盖板、一个中质量块、两堆压电陶瓷、电极片和压紧螺钉，外形成圆形，两堆压电陶瓷对称分布在质量块两侧，通过螺钉锁中质量块与质量盖板压紧陶瓷堆。本实用新型利用超声波驱动器的纵向振动激励金属圆管实现声波径向辐射，具有功率容量大、声能密度高、声场分布均匀和工作性能稳定等优点，可根据使用需求调整超声波驱动器的数量，环境适用性强。用性强。用性强。


技术研发人员：楼成淦 王红玉 金杭超 楼将波 黄建强
受保护的技术使用者：杭州瑞利超声科技有限公司
技术研发日：2020.08.17
技术公布日：2021/9/13