[实用新型]超声换能器

说明书

技术领域

本实用新型一般涉及超声换能器及其应用，特别是具有压缩装置的夹心式的超声换能器及其应用。

背景技术

现有技术中，超声发射设备具有多种应用，例如用于手术治疗。超声发射设备通常包括将电能量转换为超声频率的振动的换能器，该振动被传送以使得手术器械的末端产生振动。

夹心式的高效超声换能器通常包括安装装置和后质量块，在安装装置和后质量块之间设置有晶堆，该晶堆为交替堆叠的压电元件和电极。大多数这样的高效超声换能器是预压缩的，使用轴向延伸穿过晶堆的压紧螺栓施加压缩力。这种带有压紧螺栓的夹心式的换能器被调制到一个共振频率，其长度被设计成与此共振频率下的波长成比例。当超声换能器工作时，总是保持压缩状态，在振动过程中，其压缩量介于最小压缩量和最大压缩量之间，最小压缩量相对于未压缩状态时的零压缩量稍微偏移，最大压缩量不能超过材料最大压缩强度限制的压缩量。

目前已知，用于压缩晶堆的压缩装置可以是螺栓和垫圈的组件，也可以是柱状螺栓。这样的螺栓或垫圈用于夹心式换能器中各零件的声学连接或任何相关的声学装配。该声学连接对于装配体的频率调制很重要，并且只有这样才能使装配体中各零件达到共振从而被驱动。

现有技术的缺陷是，上述的压缩装置无法在压电元件的径向方向或整个晶堆的轴向方向产生均匀的压力分布，在径向和轴向方向上非均匀的压力分布会降低换能器的效率并产生较高的无效热量，对于有温度限制的应用场合，所产生的较高的热量是很严重的问题。换能器中的高的无效热量引起其效率降低从而使其最大输出降低，而且，非均匀的压力限制了压缩的幅度，从而限制了换能器的功率容量。

对于上述问题，已有商家公开了一种解决方案，如图1a至图1c所示，该压缩装置利用安装装置40和具有不同大小接触面的后质量块20夹在第一晶堆30的两端，图1b中，由于外斜面201和内斜面203为非接触面，后质量块20与螺栓10接触的接触端面202，小于与第一晶堆30接触的接触端面204，由于较小的接触端面202不与螺栓头101的根部104接触，消除了螺栓头101的根部104应力效应，从而在压电元件31和电极(正电极33、负电极32)中产生更均匀的应力分布。

但是，这种解决方法还是存在缺陷：后质量块20由于两侧接触端面的大小不同，在压缩时，容易产生变形，这种变形进而会影响第一晶堆30中应力分布的均匀性，具体可以参考图2所示的图1a的超声换能器中的晶堆里的每个压电元件压应力分布云图，图2中，横轴对应超声换能器轴向方向，纵轴对应超声换能器径向方向，还示出了8条应力等值线，分别为A＝18MPa、B＝20MPa、C＝25MPa、D＝30MPa、E＝32MPa、F＝35MPa、G＝38MPa和H＝39.44MPa。可见现有技术中应力的分布并不很均匀，特别是远离径向中心处。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有技术中，超声换能器的压电元件和电极应力分布不均匀的缺陷，特别是要避免因为后质量块的不对称而产生变形，进而影响晶堆中应力分布的均匀性。

本实用新型公开的超声换能器，包括：

安装装置，所述安装装置与一压缩装置相连接；

晶堆，所述晶堆安装在所述安装装置和所述压缩装置之间，所述晶堆包括若干正负极交替堆叠的电极，两相邻的电极之间设置有压电元件；

后质量块，所述后质量块设置在所述晶堆与所述压缩装置之间，所述后质量块具有与所述晶堆接触的晶堆接触端面和与所述压缩装置接触的压缩装置接触端面；

其中：

所述晶堆接触端面和所述压缩装置接触端面均为平面且形状大小相同；

所述压缩装置具有与所述后质量块接触的后质量块接触面，所述后质量块接触面相对于所述压缩装置接触端面的几何中心是中心对称的，所述后质量块接触面的面积小于所述压缩装置接触端面的面积。

上述的超声换能器，其中，所述压缩装置是一螺栓，所述后质量块套装在所述螺栓上。

上述的超声换能器，其中，所述压缩装置具有靠近所述后质量块的端面，所述端面上设置有至少一个凸台，所述凸台包括与所述后质量块接触的凸台接触面，所有的所述凸台接触面形成所述后质量块接触面。

上述的超声换能器，其中，所述凸台可以是中心对称的，也可以为环形的。

上述的超声换能器，其中，所述凸台设置在不靠近所述端面的几何中心的位置。