[发明专利]双激励二维纵向耦合振动夹心式压电超声换能器

说明书

本发明提供了一种双激励二维纵向耦合振动夹心式压电超声换能器，该双激励二维纵向耦合振动夹心式压电超声换能器包括压电陶瓷晶堆、外部金属块以及共享中心耦合金属块，且依次同轴连接，并在水平和垂直方向共同构成了十字形结构。本发明很大程度上解决了现有技术中的纵向振动夹心式压电超声换能器存在的功率容量较小、单向超声辐射及超声辐射面积较小的不足之处，同时具有双频、二维四向超声辐射等优点。

技术领域

本发明涉及超声换能器技术领域，尤其是涉及一种双激励二维纵向耦合振动夹心式压电超声换能器。

背景技术

功率超声是利用超声振动能量来改变物质组织的结构、状态、功能或加速这些改变的过程。与其它处理技术比较，功率超声技术常能大幅度提高处理速度和效率，提升处理质量，完成一般技术难以完成的处理工作。在功率超声技术的应用中，超声换能器是超声处理设备的核心部件，其性能的好坏直接决定着功率超声的应用效果。目前，在功率超声领域，纵向振动夹心式压电超声换能器应用最为广泛，原因在于该类换能器具有结构简单、机电转换效率高、机械强度高及功率可调节等优点。

然而，随着功率超声技术的深入发展，特别是在废水处理、金属冶炼、中草药萃取、超声凝聚及超声加工领域中的广泛应用，对超声换能器的超声功率、超声强度、超声波辐射方向及声辐射面积提出了更高的要求。因此，传统的纵向振动夹心式压电超声换能器已不能满足功率超声技术发展的新需求，主要表现为:

1、受换能器的纵向尺寸(通常为半波长振子)、横向尺寸(小于四分之一波长)、散热以及组成材料的机械强度等限制，传统的单一纵向振动夹心式压电超声换能器的功率容量很难做的很大。

2、传统的纵向振动夹心式压电超声换能器存在超声辐射方向单一和声辐射面积较小等不足之处，必将制约其广泛应用。

基于此，本发明提供了一种双激励二维纵向耦合振动夹心式压电超声换能器，很大程度上解决了上述技术问题，同时具有双频、二维四向超声辐射等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供双激励二维纵向耦合振动夹心式压电超声换能器，以解决现有技术中存在的传统的单一纵向振动夹心式压电超声换能器的功率容量较小，传统的纵向振动夹心式压电超声换能器存在超声辐射方向单一和声辐射面积较小的问题，且本发明提供的双激励二维纵向耦合振动夹心式压电超声换能器，同时具有双频、二维四向超声辐射等优点，很大程度上解决了上述技术问题。

本发明提供的双激励二维纵向耦合振动夹心式压电超声换能器，该双激励二维纵向耦合振动夹心式压电超声换能器包括压电陶瓷晶堆、外部金属块以及共享中心耦合金属块；其中，

所述压电陶瓷晶堆包括左端压电陶瓷晶堆和右端压电陶瓷晶堆；

所述外部金属块包括外部左金属块、外部右金属块、外部上金属块以及外部下金属块；

所述外部左金属块、左端压电陶瓷晶堆、共享中心耦合金属块、右端压电陶瓷晶堆、外部右金属块在水平方向上依次同轴连接，形成一个半波长振子；

所述外部上金属块、共享中心耦合金属块和外部下金属块在垂直方向上依次同轴连接，形成另一半波长振子。

进一步地，所述左端压电陶瓷晶堆和右端压电陶瓷晶堆均由偶数片形状相同的环形压电陶瓷晶片叠放而成，任意相邻的两片所述环形压电陶瓷晶片之间均安装有环形金属电极片，位于顶端和底端的所述环形压电陶瓷晶片的外侧也分别安装有所述环形金属电极片；其中，

任意相邻的两片所述环形金属电极片分别连接极性相反的电极。

进一步地，所述共享中心耦合金属块为立方体结构或两短圆柱垂直交叉而成。

具体地，所述共享中心耦合金属块中心位置设置有用于使换能器与外部机械结构连接固定的贯通的螺纹孔。