CN108988679B - 一种纵-纵扭复合夹心式换能器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种纵‑纵扭复合夹心式换能器，属于深空探测领域，特别是涉及一种纵‑纵扭复合夹心式换能器。解决了超声波钻探器同时实现钻具的冲击和回转运动的问题。它包括纵扭耦合振子、绝缘套、压电陶瓷叠堆和变幅杆。它主要用于实现超声波钻探器钻具的冲击和回转运动。
Description
技术领域
本发明属于深空探测领域，特别是涉及一种纵-纵扭复合夹心式换能器。
背景技术
深空探测是近年来最活跃的科学领域之一。研究地外天地的地质信息有助于探索太阳系的组成、生命起源。钻取采样是深空探测中获取星壤样品的重要方式。与电磁电机驱动的钻探器相比，超声波钻探器具有体积小、功耗低和钻压力小等优点。按照采样钻具的运动形式可将超声波钻探器分为冲击式超声波钻探器及回转冲击式超声波钻探器。冲击式超声波钻探器中，采样钻具只作沿其轴向的冲击运动，依靠采样钻具对岩石的冲击破碎实现岩石的采样。在冲击式超声波钻探器的基础上，引入钻具的回转驱动，便形成了回转冲击式超声波钻探器。相较于冲击式超声波钻探器，回转冲击式超声波钻探器具有更高的钻探效率及优良的排屑性能。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种纵-纵扭复合夹心式换能器，可用于回转冲击式超声波钻探器上，实现钻具的冲击和回转运动。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种纵-纵扭复合夹心式换能器，它包括纵扭耦合振子、绝缘套、压电陶瓷叠堆和变幅杆，所述纵扭耦合振子与变幅杆通过螺纹配合连接，所述压电陶瓷叠堆位于纵扭耦合振子与变幅杆之间，所述绝缘套位于压电陶瓷叠堆与变幅杆之间。
更进一步的，所述纵扭耦合振子底部为后盖板，顶部为驱动齿，中间设有支腿及横梁。
更进一步的，所述压电陶瓷叠堆包括四片压电陶瓷片及五片电极片。
更进一步的，所述压电陶瓷片与电极片沿轴向交错布置。
更进一步的，所述变幅杆一端内孔设有轴承安装孔，另一端设有冲击头，中部设有法兰盘。
本发明所述一种纵-纵扭复合夹心式换能器在高频电压激励下，压电陶瓷叠堆的前、后端同时产生高频的轴向振动，变幅杆将压电陶瓷叠堆前端的振动放大并在变幅杆的底部产生小振幅、高频率的简谐振动，纵扭耦合振子将压电陶瓷叠堆后端的振动放大并在纵扭耦合振子顶部的驱动齿处产生椭圆运动轨迹。
变幅杆上设置的法兰盘用于纵-纵扭复合夹心式换能器的定位与安装；变幅杆上设置的轴承安装孔为轴承提供支撑；变幅杆上设置的冲击头用于输出简谐振动；绝缘套用于绝缘防护。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用压电陶瓷叠堆前端的振动产生高频的简谐振动，利用压电陶瓷叠堆后端的振动产生椭圆运动，本发明结构设计科学合理，用单压电陶瓷叠堆同时实现钻具的回转与冲击运动，将其应用于回转冲击式超声波钻探器上，可实现钻具的冲击和回转运动，使超声波钻探器具有更高的钻探效率及优良的排屑性能。
附图说明
图1为本发明所述的一种纵-纵扭复合夹心式换能器结构示意图
图2为本发明所述的纵扭耦合振子结构示意图
图3为本发明所述的变幅杆结构示意图
图4为本发明所述的压电陶瓷叠堆结构示意图
1：纵扭耦合振子，2：绝缘套，3：压电陶瓷叠堆，4：变幅杆，1-1：后盖板，1-2：支腿，1-3：横梁，1-4：驱动齿，3-1：压电陶瓷片，3-2：电极片，4-1：轴承安装孔，4-2：法兰盘，4-3：冲击头
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。
参见图1-4说明本实施方式，一种纵-纵扭复合夹心式换能器，它包括纵扭耦合振子1、绝缘套2、压电陶瓷叠堆3和变幅杆4，所述纵扭耦合振子1与变幅杆4通过螺纹配合连接，所述压电陶瓷叠堆3位于纵扭耦合振子1与变幅杆4之间，包括四片压电陶瓷片3-1及五片电极片3-2其压电陶瓷片3-1与电极片3-2沿轴向交错布置，所述压电陶瓷叠堆3在高频电压激励下，压电陶瓷叠堆3的前、后端同时产生高频的轴向振动，变幅杆4将压电陶瓷叠堆3前端的振动放大并在变幅杆4的底部产生小振幅、高频率的简谐振动，纵扭耦合振子1将压电陶瓷叠堆3后端的振动放大并在纵扭耦合振子1顶部的驱动齿1-4处产生椭圆运动轨迹，所述绝缘套2位于压电陶瓷叠堆3与变幅杆4之间，起到绝缘防护的作用。
所述纵扭耦合振子1底部为后盖板1-1，顶部为驱动齿1-4，中间设有支腿1-2及横梁1-3，所述变幅杆4一端内孔设有轴承安装孔4-1，另一端设有冲击头4-3，中部设有法兰盘4-2，所述法兰盘4-2用于纵-纵扭复合夹心式换能器的定位与安装，所述轴承安装孔4-1为轴承提供支撑，所述冲击头用于输出简谐振动。
通过压电陶瓷叠堆前端的振动产生高频的简谐振动，通过压电陶瓷叠堆后端的振动产生椭圆运动，实现单压电陶瓷叠堆同时实现钻具的回转与冲击运动，将其应用于回转冲击式超声波钻探器上，可实现钻具的冲击和回转运动，使超声波钻探器具有更高的钻探效率及优良的排屑性能。
以上对本发明所提供的一种纵-纵扭复合夹心式换能器，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (3)
1.一种纵-纵扭复合夹心式换能器，其特征在于：它包括纵扭耦合振子(1)、绝缘套(2)、压电陶瓷叠堆(3)和变幅杆(4)，所述纵扭耦合振子(1)与变幅杆(4)通过螺纹配合连接，所述压电陶瓷叠堆(3)位于纵扭耦合振子(1)与变幅杆(4)之间，所述绝缘套(2)位于压电陶瓷叠堆(3)与变幅杆(4)之间，所述压电陶瓷叠堆(3)包括压电陶瓷片(3-1)及电极片(3-2)，所述压电陶瓷片(3-1)和电极片(3-2)数量为多个，形状均为环形，所述压电陶瓷片(3-1)与电极片(3-2)沿轴向交错布置，所述纵扭耦合振子(1)底部为后盖板(1-1)，顶部为驱动齿(1-4)，中间设有支腿(1-2)及横梁(1-3)，所述后盖板(1-1)底部与电极片(3-2)接触，所述驱动齿(1-4)数量为四个。
2.根据权利要求1所述的一种纵-纵扭复合夹心式换能器，其特征在于：所述压电陶瓷叠堆(3)包括四片压电陶瓷片(3-1)及五片电极片(3-2)。
3.根据权利要求1所述的一种纵-纵扭复合夹心式换能器，其特征在于：所述变幅杆(4)一端内孔设有轴承安装孔(4-1)，另一端设有冲击头(4-3)，中部设有法兰盘(4-2)。
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