[发明专利]模块化的可浸没超声波管状换能器

说明书

超声波管状换能器(8)通过两个对称机电转换器(9a，9b)在其中央处被激活。通过两个机电转换器产生的振动被转换且随后经由联接件(10)传递到管(12a，12b)。超声波换能器在振动方面可以通过管帽(11a，11b)与其接口独立，所述管帽同样适用于将换能器连接到静止框架、自由端部或另一相似的超声波换能器。用于对机电转换器预加压的装置具有在其中央处的孔，以便允许来自换能器的线缆以及来自附近换能器的线缆经过。

技术领域

本发明涉及超声波管式换能器，以在流体介质中传播声波，且包括：

机电转换装置，具有与至少一个金属管相关的有源元件，将振动传递到流体介质，在转换装置和管之间的振动传递系统，

和，一装置，用于对所述转换装置的有源元件进行预加压。

管状超声波换能器形成径向振动以及能使得空穴在介质(具体是流体介质)中传播的波，且发现了其在精确清理或超声化学方面的应用，例如提取物质或颗粒沉淀。其目的具体是在以下部分产生超声：

在流体中且接近要被处理的表面，以使得安装效率最大化，

在要被处理的整个表面上方，所述表面可以具有数米的长度，

具有对于表面处理尽可能均匀的幅度，以使得性能均一，

沿与要被处理的表面垂直的方向，以限制损失且使得效率最大化。

背景技术

流体介质中的高功率超声是超声化学的基础。高功率超声波超声很强的动态压力。在后者超过静态压力时，它们造成空穴。空穴(其以微泡的形式放大其自身)产生大量压力和热量形式的局部能量。由此输入到介质的能量可(取决于应用)激发或加速化学反应，将紧密连结或的材料分离或将流体溶液混合，所有这些效果都是超声化学领域的。例如，可以通过在包括溶剂的流体中产生空穴而更快地清理部件的表面。还可以在要被处理的表面(例如织物)上执行溶解于流体介质中的特定化合物的沉积，以赋予其抗菌性能。其他应用的例子涉及过滤器清淤、脱气、混合、乳化、提取和破碎。

用于在流体中产生超声的优选器件包括通过机电转换器形成的换能器和设置为与流体接触的管形式的超声波发生器。机电转换器使得超声波发生器振动。垂直于超声波发生器表面的振动在流体中发出声波。

机电转换器通常是兰杰文类型(Langevin type，即通过活性材料的堆叠结构形成)，是环形压电陶瓷类型(例如在柔性材料的两个平衡配重之间经预加压)，例如是金属类型。该内容公开于文件FR1260903和EP0342446中，具有如前所述的机电转换器，其具有各自的外部预加压系统(使得能使用活性材料的固体颗粒)且经由活性材料的所述堆的中心(减小体积并改善预加压的一致性)。活性材料的所述堆随后以其共振频率供应，这沿转换器的轴线以半个波长产生纵向振动。预加压能使得在振动幅度高时确保活性材料在所述堆的所有元件之间保持挤压和接触，由此防止活性元件的撞击和破坏，甚至在高质量因素的情况下也可以。

在一侧与转换器接触且在另一侧与流体介质接触的超声波发生器是金属部件，通常用钢或钛制造，其通常采取圆柱形形状且其可以是实心或中空的。

例如，文件US4537511公开了一种非浸没型换能器，其是基于与浸没到流体中的管固定结合的机电转换器。通过转换器和管形成的整个换能器在纵向模式下被以多个半个波长激励：换能器的长度是振动的半个波长的整数倍。通过该模式，所产生的最大振动是端部的纵向振动。其产生非常高压的波，这在其轴线上造成换能器的最大空穴。

然而，可以不装配串行设置的两个换能器，因为所产生的轴向空穴将扰乱或甚至损坏位于附近的换能器。进而，径向振动确实被产生，但是其幅度比轴向振动低。已知的换能器因此对于产生径向振动来说并不是优化的，这降低了基于在管周围使用声能量的方法的效率。此外，由于在管的一侧执行管激励，所以沿管的径向振动相对于与轴线垂直且经过管中心的平面是不对称的。在从机电转换器运动离开时沿管的振动减小。