[发明专利]适应频率漂移的微宽频功率超声换能器

说明书

本发明涉及超声换能器技术领域，具体为一种适应频率漂移的微宽频功率超声换能器。解决了目前超声换能器的频率随外界条件变化发生漂移从而无法保证输出功率和振幅的技术问题。本发明将后盖板、第一组压电陶瓷晶堆、中间圆柱、第二组压电陶瓷晶堆和前盖板通过预紧力双头螺柱和螺母连接在一起。两压电陶瓷晶堆串联设计。两个压电陶瓷晶堆连接频率值相近但不同的频率源。本发明对两组压电陶瓷晶堆输入不同的频率，不仅拓宽了换能器的频带而且保证了换能器的输出功率和振幅。针对频率漂移引起的振幅衰减，本发明在基本不影响输出功率的前提下避免了由于频率漂移引起的失谐，保证了换能器的正常使用。

技术领域

本发明涉及超声换能器技术领域，具体为一种适应频率漂移的微宽频功率超声换能器。

背景技术

超声波换能器是能量转换器也是整个振动系统的关键，作为超声技术的核心器件换能器能进行机械能量、电能量和声能量的相互转换。换能器通过压电材料的压电效应将输入的高频电能转换成高频振动的机械能,并产生超声波。由于超声波与物质各种有益的相互作用，功率超声广泛应用于超声清洗、超声焊接和各种超声加工如车削、磨削、钻孔、光整加工等领域。超声波清洗利用超声空化的作用，使浸在液体中的物件的表面污物快速去掉，对不易清洗的结构如深孔、细缝等，超声清洗也能够到达比较好的清洗效果，相比于工艺清洗，超声清洗的工作效率高、减少了对环境的污染，清洗的效果更彻底，并且不伤害被清洗物件。超声焊接利用超声振动及空化的压力和高温效应，促使两种物质相互扩散，它的特点是不需要焊剂和外加热，不会因受热变形，没有残余应力，对焊件表面的焊前处理要求不高。 超声加工利用超声高频振动，在传统的车削、磨削、钻孔等加工过程中施加超声振动形成的新加工方法，超声加工降低了切削力、提高了刀具的寿命、提高了加工精度。功率超声加工要求超声换能器产生高强度、大功率的超声波，有高的能量传输效率以及较大的振动位移。

功率超声换能器只有工作在谐振频率下（即系统处于共振状态）才能高效地运行，获得最大的振动位移。而在实际应用中，功率超声换能器的频率随着外界条件以及加工条件的变化而变化（如：加工温度、环境、元件老化、负载等因素的变化），系统频率会发生漂移，使换能器工作的工作频率脱离谐振频率附近，从而影响换能器以及加工系统的振动，系统振动的振幅也随之衰减，甚至出现停振的现象。针对功率超声加工中的频率漂移，目前的研究大都是通过频率跟踪和优化匹配网络来解决，但是频率漂移是动态过程，这类方法的实时性和准确性有待提高。

与本发明相关的现有技术一

现有技术一的技术方案

现有的方法都是通过合理的匹配网络和频率自动跟踪，使超声波电源输出的频率随换能器频率的变化而变化，如文献1,2,3和专利1。

现有技术一的缺点

只借助动态的频率跟踪都很难做到实时的跟踪，当功率超声加工的外界负载变化较大较快时或温升较快时，超声波电源的频率很难快速的做出改变，极容易导致换能器的损坏。

与本发明相关的现有技术二

现有技术二的技术方案

专利2

提出了一种应用于集成电路芯片热超声引线键合封连工艺的串联复合结构双频、多振幅压电超声换能器，目的是实现多种振幅输出并且此换能器的两端分别振动，输入频率为60KHz和120KHz，同时工作时输入的频率相同。

现有技术二的缺点

同时激励时，两头都会振动，能量损耗大。另外，此技术方案中，两组压电陶瓷片同时激振时通入的是同频激励信号，振动形式是两端分别振动。左右两个换能器是独立的，连接在一起时中间多加一个连接面，在连接处会增加了能量损耗。

与本发明相关的现有技术三

现有技术三的技术方案

专利3