[发明专利]全方位超声波辐射器

说明书

技术领域

本发明属于产生亚声频、声频或超声频的机械振动的方法或设备技术领域，具 体涉及到用压电效应或用电致伸缩工作的全方位超声波辐射器。

背景技术

在超声以及水声技术领域，现有的纵向振动夹心式压电陶瓷超声换能器的应用 较广，例如用于超声清洗、超声金属和塑料焊接以及超声加工等等。该换能器是由 法国的科学家郎之万于20世纪初发明的，具有频率调节容易，功率较大以及较高 的机电转换效率等优点。随着科学技术的发展以及超声技术的广泛应用，许多新技 术领域采用了超声技术，如用超声提取中药、超声处理废水以及超声化学反应等， 对换能器的辐射声功率及声波作用范围提出了更高的要求，需要更大的功率和更广 泛的作用范围。对于现有的纵向振动超声换能器，由于换能器本身理论及结构所限， 难以实现新的超声技术中所要求的大功率以及全方位的超声辐射等特性。总的来 说，现有的纵向振动超声换能器存在如下不足之处：

纵向振动夹心式超声换能器只能实现超声能量的单一自由度方向辐射，即超声 换能器的辐射能量基本上是沿着超声换能器的纵轴方向，而在纵轴以外的其它方 向，如径向等，超声辐射很少，因此，该换能器不能实现超声能量的360度空间全 方位辐射。

纵向振动夹心式超声换能器的设计理论要求超声换能器的纵向尺寸，即直径， 不能超过超声换能器所辐射的声波波长的四分之一，因此，该超声换能器的声波辐 射面积受到自身理论的限制，不能超过一定限度，极大地限制了该超声换能器的声 波辐射功率。

对于夹心式纵向振动压电陶瓷超声换能器，由于辐射面积的限制，在较大辐射 功率的情况下，超声换能器的声强度也很大，导致超声换能器内部的振动速度、振 动位移以及纵向应力也很大，甚至超过材料的机械强度限制，造成超声换能器的断 裂或损坏。这种超声换能器对于所制备的材料要求非常严格。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述纵向振动超声换能器的缺点，提供一 种效率高、功率大、能向四周发射超声波的全方位超声波辐射器。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：在径向辐射壳体内设置有超声换能 器，超声换能器的中心线与径向辐射壳体的中心线相重合，径向辐射壳体的左端设 置有左超声辐射盘、右端设置有右超声辐射盘。

本发明的超声换能器为：在紧固螺栓的中部外设置有绝缘套管，绝缘套管外部 设置有压电晶堆，紧固螺栓上压电晶堆的左端设置有左振动匹配块、右端设置有右 振动匹配块。本发明的压电晶堆由至少两片压电陶瓷片和与压电陶瓷片数目相同的 电极片交错排列构成，外侧的一片电极片接超声电源负极，其余电极片分别接超声 电源正极或负极，每相邻两片电极片的极性相反；压电晶堆的长度与超声换能器的 长度比为1/4～1/3，右振动匹配块与左振动匹配块的几何形状相同，径向辐射壳体 的直径与超声换能器的直径比为1.5～2.5，左超声辐射盘的厚度与其直径比为 0.2～0.3，右超声辐射盘的几何形状与左超声辐射盘的几何形状相同。

本发明的左振动匹配块、右振动匹配块的直径与电极片的直径相同，压电陶瓷 片的直径小于或等于电极片的直径。

本发明采用耦合振动以及振动模式转换原理，在超声换能器的两端设置超声辐 射盘，超声换能器的轴向外部设置径向辐射壳体，径向辐射壳体的直径与超声换能 器的直径比较大，超声辐射盘的厚度与其直径比较小，实现超声换能器的大功率工 作和全方位辐射超声波。本发明具有效率高、功率大、能向四周发射超声波等优点， 可广泛应用于超声清洗、超声粉碎、超声提取、超声乳化、超声化学液体处理等技 术领域。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是图1的A-A剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施 例。

实施例1

在图1、2中，本实施例的全方位超声波辐射器由左超声辐射盘1、左振动匹配 块2、径向辐射壳体3、电极片4、右振动匹配块5、右超声辐射盘6、绝缘套管7、 压电陶瓷片8、紧固螺栓9联接构成。