[发明专利]十字形正交复合驱动压电管形换能器

说明书

本发明提供了一种十字形正交复合驱动压电管形换能器，涉及超声波换能器领域，包括径向辐射壳体、锥形预应力弹性膨胀结构、十字形正交复合中心质量块和四组压电陶瓷晶堆；中心质量块包括四块组成部；组成部的内侧面围成一个圆柱孔和两个锥形孔；膨胀结构包括固定装置和两个锥形膨胀体；膨胀体插装在锥形孔内；压电陶瓷晶堆由电极片和偶数片压电陶瓷晶片叠放而成，内层的电极片与组成部的外侧面抵接，外层的电极片与径向辐射壳体的内壁抵接。本申请解决了现有技术中的超声换能器存在声场“盲区”和“驻波特性”，径向超声辐射强度较弱的技术问题。

技术领域

本发明涉及超声波换能器领域，尤其是涉及一种十字形正交复合驱动压电管形换能器。

背景技术

超声波换能器的功能是将输入的电功率转换成机械功率(即超声波)再传递出去，而自身消耗很少的一部分功率。

在功率超声及水声技术领域，夹心式纵向振动压电超声换能器应用最为广泛。该换能器是由法国科学家郎之万发明的，具有结构简单、功率容量较大和机电转换效率高等优点。随着科技的发展以及超声技术的广泛应用，超声在许多新技术领域(如超声中草药萃取、超声污水处理、超声采油以及超声化学反应等)获得了重要的应用。

在这些新技术领域，对超声换能器的辐射功率及声波作用范围提出了更高的要求：大功率、高效率和全方位超声辐射。对于现有的夹心式纵向振动压电超声换能器，由于其自身的理论及结构的限制，单个夹心式纵向振动压电超声换能器存在着功率容量有限、超声作用方向单一、超声辐射面积有限等不足之处，因此难以满足新的超声技术中所要求的大功率、全方位超声辐射的特性。目前，为了改善单个夹心式纵向振动压电超声换能器的不足之处，已发展起来以下几类超声换能器。

(1)阵列式超声换能器。通过在容器底部或四周粘接一列或多列夹心式纵向振动压电超声换能器组成阵列声源向液体中辐射声波。阵列式声源虽然可以解决单个夹心式换能器存在的超声作用面积和功率量有限及声波辐射方向单一等不足之处，但是由于纵向换能器振子辐射面是平面，其辐射声场指向性强，通常存在声场“盲区”，这也是制约该类换能器液体超声处理效能的“瓶颈”。

(2)push-pull换能器。其工作原理是通过两个耦合在一个金属圆管两端的夹心式纵向压电换能器的纵振动，对圆管产生纵向推拉作用并在圆管径向产生声能辐射。从push-pull换能器的几何尺寸和声波辐射特性来看，该类换能器的振动属于夹心式纵向压电换能器的纵振动激励金属圆管的高阶纵向振动，在圆管的高阶纵向振动模式下由于泊松效应产生径向耦合振动。因此，虽然该类换能器可解决单个夹心式纵向振动压电超声换能器存在的超声作用方向单一、超声辐射面积有限等不足之处，但是由于该类换能器在工作时系统的主振方向仍在纵向，存在由泊松效应产生的径向耦合振动相对较弱及径向超声辐射强度亦较弱的不足之处。此外，由于金属圆管工作于高阶纵振模态，其辐射声场沿纵向有较明显的“驻波特性”。

基于此，本发明提供了一种十字形正交复合驱动压电管形换能器以解决上述的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种十字形正交复合驱动压电管形换能器，以解决现有技术中的阵列式超声换能器存在声场“盲区”，而push-pull换能器径向超声辐射强度较弱、辐射声场沿纵向有较明显的“驻波特性”的技术问题。

在本发明的实施例中提供了一种十字形正交复合驱动压电管形换能器，所述十字形正交复合驱动压电管形换能器

包括十字正交复合夹心式压电激励源和圆筒状的径向辐射壳体；所述径向辐射壳体套装在所述十字正交复合夹心式压电激励源外部；

所述十字正交复合夹心式压电激励源包括锥形预应力弹性膨胀结构、十字形正交复合中心质量块和四组结构相同的压电陶瓷晶堆；

所述十字形正交复合中心质量块包括四块形状相同的组成部，四块所述组成部中心对称放置；四组所述压电陶瓷晶堆围绕所述十字形正交复合中心质量块的中心轴中心对称放置；