CN205341214U - 双激励压电超声换能器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双激励压电超声换能器，其包括一杆状的连接元件以及依次套设在所述连接元件上并相互压紧的后盖板、后激励元件、过渡块、前激励元件和前盖板；所述后激励元件和所述前激励元件均包括套设在所述连接元件上的一对电极片和一压电晶片，所述压电晶片夹在所述电极片之间；所述后激励元件前端的电极片连有导线用于连接电源的一端，所述前激励元件前端的电极片连有导线用于连接电源的另一端。所述后激励元件和所述前激励元件可同时激励发生振动且振动形态相反，以“压缩-舒张”的振动模式带动所述过渡块循环振荡进行超声传导，可提高前后振幅比和输出效率，提高能效转换率。

Description

双激励压电超声换能器

技术领域

本实用新型涉及超声换能器领域，尤其涉及一种双激励压电超声换能器。

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。由于超声波在介质中传播时会产生许多物理、化学及生物等效应，同时因为超声波穿透力强、集束性好、信息携带量大、易于实现快速准确的在线无损检测和无损诊断，因为在工业、农业、国防、生物医药和科学研究等方面得到广泛的应用。

超声换能器的种类很多，其中压电超声换能器是应用最广的一种。压电超声换能器是通过各种具有压电效应的电介质，如石英、压电陶瓷、压电复合材料以及压电薄膜等，将电信号转换成声信号，或将声信号转换成电信号，从而实现能量的转换。压电陶瓷材料是目前超声研究及应用中极为常用的材料，具有很多优点，因此压电陶瓷换能器得到了最为广泛的应用。

现有的压电超声换能器包括单激励压电超声换能器和双激励压电超声换能器：

图1为单激励压电换能器的结构示意图，其包括螺栓11及依次套设在螺栓11上并相互压紧的后盖板12、激励元件13和前盖板14，激励元件13包括四个电极片131和四个压电陶瓷片132，电极片131和压电陶瓷片132依次交替套设在螺栓1上。单激励压电超声换能器工作原理为：由螺栓11对激励单元13施加恒定预应力，电极片131紧贴压电陶瓷片132，电极片131施加电压可使压电陶瓷片132在逆压电效应下产生变形和振动，由电能转换为机械能，再通过前盖板14完成振幅的转换并输出，从而完成超声波的传导；而后盖板由重金属材料制成，使得能量最小限度地从换能器的后盖板表面辐射，从而提高前向辐射功率，即实现单激励压电超声换能器的单向辐射。由于激励元件13结构的限制，预应力加载有限，压电陶瓷片132的变形幅度较小，导致输入和输出的前后振幅比较小，且能效转换比较低。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中单激励压电超声换能器预应力不足、压电陶瓷片振动损耗大、能效转换低的技术问题，目的在于提供一种能效转换高的双激励超声换能器。

本实用新型的双激励压电超声换能器为一柱状体，其包括一杆状的连接元件以及依次套设在所述连接元件上并相互压紧的后盖板、后激励元件、过渡块、前激励元件和前盖板；所述后激励元件和所述前激励元件均包括套设在所述连接元件上的一对电极片和一压电晶片，所述压电晶片夹在所述电极片之间；后激励元件前端的电极片连有导线用于连接电源的一端；前激励元件前端的电极片连有导线用于连接电源的另一端；所述后激励元件后端的电极片和所述前激励元件后端的电极片未连接导线，不接电源视为接地。

本实用新型的双激励压电超声换能器通过所述过渡块将所述后激励元件和所述前激励元件隔开，可有效增加所述后激励元件和所述前激励元件受到的预应力。工作通电时，所述后激励元件和所前激励元件同时激励，且所述后激励元件的两电极片之间和所述前激励元件的两电极片之间分别产生的电压方向相反的交变电场，即所述后激励元件的两电极片之间形成正向电压时所述前激励元件形成负向电压，或者反过来所述后激励元件形成正向电压时所述前激励元件形成负向电压。夹在交变电场中的压电陶瓷片发生逆压电效应产生“压缩-舒张”循环振动，因产生的交变电场的电压方向相反，所述后激励元件和所述前激励元件的振动形态相反，即所述后激励元件压缩时所述前激励元件舒张，或者反过来所述后激励元件舒张时所述前激励元件压缩。这种“压缩-舒张”的振动模式带动所述过渡块循环振荡，可提高前后振幅比和输出效率。

所述后激励元件和所述前激励元件的前端分别还设有一压电晶片，以此提高能效转换率。

所述连接元件包括一螺栓和一内螺杆，所述内螺杆位于所述螺栓前方且与所述螺栓中间留有小段间隙，所述后盖板、所述后激励元件和所述过渡块的后半段依次套设在所述螺栓上，所述过渡块的前半段、所述前激励元件和所述前盖板依次套设在内螺杆上。

所述压电晶片可为石英、压电陶瓷、压电复合材料或者压电薄膜，本实用新型的一较佳实施例中，所述压电晶片为压电陶瓷片。

所述连接元件为金属制件时，为避免所述电极片之间因所述连接元件发生短路，可在所述连接元件和所述后激励元件、所述连接元件和所述前激励元件之间分别衬设绝缘套。

本实用新型的积极进步效果：

本实用新型的双激励压电超声换能器的所述后激励元件和所述前激励元件同时激励发生振动且振动形态相反，以“压缩-舒张”的振动模式带动所述过渡块循环振荡进行超声传导，提高了前后振幅比和输出效率，可克服单激励压电超声换能器预应力不足和压电陶瓷片振动损耗大的缺点，提高能效转换率，从而节约供电成本。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1为单激励压电超声换能器示意图。

图2为本实用新型的双激励压电超声换能器示意图。

图3为图2所示的双激励压电超声换能器的剖视图。

具体实施方式

下面举出较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

图2所示，本实施例的双激励压电超声换能器包括一连接元件21以及依次套设在连接元件21上并相互压紧的后盖板22、后激励元件23、过渡块24、前激励元件25和前盖板26。

连接元件21包括后端的螺栓211和前端的内螺杆212，螺栓211和内螺杆之间留有间隙；后盖板22、后激励元件23和过渡块24的后半段依次套设在螺栓211上；过渡块24的前半段、前激励元件25和前盖板26依次套设在内螺杆212上；在螺栓211和后激励元件23之间、内螺杆212和前激励元件25之间分别衬设有绝缘套27，如剖视图图3所示。

后激励元件23包括依次交替的两电极片231和两压电陶瓷片232，前激励元件24包括依次交替的两电极片251和两压陶瓷片252；两电极片231中位于前端的一片连有导线并与电源的一端连接，两电极片251中位于前端的一片连有导线并与电源的另一端连接。

工作通电时，后激励元件23和前激励元件25同时激励，两电极片231之间的电压方向和两电极片251之间的电压方向相反，使得压电陶瓷片232和压电陶瓷片252产生逆压电效应进行“压缩-舒张”循环振动，且压电陶瓷片232压缩时压电陶瓷片252舒张，压电陶瓷片232舒张时压电陶瓷片252压缩。压电陶瓷片232和压电陶瓷片252共同带动过渡块24循环振荡，有效提高前后振幅比，增大输出效率。

以上详细描述了本实用新型的一较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种双激励压电超声换能器，为一柱状体，其特征在于：其包括一杆状的连接元件以及依次套设在所述连接元件上并相互压紧的后盖板、后激励元件、过渡块、前激励元件和前盖板；所述后激励元件和所述前激励元件均包括套设在所述连接元件上的一对电极片和一压电晶片，所述压电晶片夹在所述电极片之间；后激励元件前端的电极片连有导线用于连接电源的一端；前激励元件前端的电极片连有导线用于连接电源的另一端。

2.如权利要求1所述的双激励压电超声换能器，其特征在于：所述后激励元件和所述前激励元件的前端分别还设有一压电晶片。

3.如权利要求1所述的双激励压电超声换能器，其特征在于：所述连接元件包括一螺栓和一内螺杆，所述内螺杆位于所述螺栓前方且与所述螺栓中间留有小段间隙，所述后盖板、所述后激励元件和所述过渡块的后半段依次套设在所述螺栓上，所述过渡块的前半段、所述前激励元件和所述前盖板依次套设在内螺杆上。

4.如权利要求1～3任一项所述的双激励压电超声换能器，其特征在于：所述压电晶片为压电陶瓷片。

5.如权利要求4所述的双激励压电超声换能器，其特征在于：其还包括内衬于所述连接元件和所述后激励元件之间、以及内衬于所述连接元件和所述前激励元件之间的绝缘套。