[发明专利]一种基于前后端振速优化的PMNT超声波除冰换能器

说明书

本发明公开了一种基于前后端振速优化的PMNT超声波除冰换能器，包括前盖板和后盖板；还包括夹设在前盖板和后盖板之间的两块压电片；前盖板与压电片之间、两块压电片之间以及后盖板与压电片之间均垫设有电极片；后盖板、压电片和电极片均开设有贯通的同心圆孔，前盖板朝向电极片的一面开设有与同心圆孔对应的螺纹孔，同心圆孔和螺纹孔依次相连形成衔接通道；螺栓由后盖板方向进入衔接通道，并与螺纹孔螺纹连接。本发明具有输出稳定、功率容量大等设计优点的同时，对换能器的整体结构进行优化设计，使夹心式压电换能器的体积和重量大大减小，同时，压电片振动产生的声波通过电机片直接进入蒙皮内部，超声能量的损耗大大减少。

技术领域

本发明涉及超声除冰技术领域，更具体的说是涉及一种厚度振动型PMNT 夹心式压电换能器。

背景技术

随着航空技术的发展，飞机成为重要的出行、运输方式之一，飞行安全始终是航空领域的一个焦点问题。调查发现，飞机结冰是引发飞机失事和事故的重要原因之一，飞机积冰对飞行安全产生了巨大威胁，而现有的除冰方法在能耗、重量等方面表现不尽如人意，还存在着诸多亟需改进的地方，航空领域迫切需要找到一种具有突破性的、更加有效的除冰方法。而超声波除冰是一种新型的除冰方法，其除冰的基本原理是：当超声波在飞机蒙皮与冰层间传播时，由于传播介质的属性不同，会在蒙皮和冰的界面产生速度差，而该速度差会进一步产生界面剪切力。当所产生的界面剪切力超过冰与板的粘接强度时便能够将冰从蒙皮上除下。

超声波可以由压电换能器产生。压电换能器是利用压电材料的压电、逆压电效应将电能与机械能、声能进行互换的器件。现有的换能器均不是以除冰为目的而设计的，因而在性能、体积、重量等方面难以令人满意。

通常情况下，基于压电材料的换能器包括弯曲振动模式换能器、夹心式厚度振动型换能器、扭转振动模式换能器等。

弯曲振动换能器最为常见的是板弯曲，其振动模式与鼓的简支边界振动较为接近，其基本原理是将两个极化方向相反的压电板粘在一起，当对该板施加交变电压时，上下板的伸缩变形会最终转化为该振子的弯曲振动。工程中通常会将金属片和压电陶瓷片一起构成振动板，直接作为声辐面。弯曲振动换能器具有体积小、重量轻等优点；但此种换能器由于其弯曲振子需要一定的振动空间，当振动声波经过空气再由空气进入板的过程中会出现反射、再反射等现象，在此过程中会有较大的能量损耗，使得真正传入板中的能量大大减小，因此粘在板面除冰时效果不明显。

夹心式厚度振动型压电换能器是使用较多一种，其设计理论已趋于成熟，原理也最为简单：如图1所示的PZT夹心式换能器，在一块沿厚度方向极化的压电片上下表面通过电极施加交变电压以后能够实现振动发声。实际工程中为了提高声辐射效率、超声波指向性、增加频带宽度等目的，会给压电片增加前辐射头、过渡层、背板吸波材料等部件。对于飞机除冰而言，采用厚度振动型的换能器能够很方便的安装以及取下，而且压电振子发出的能量通过固体与固体传播的方式直接进入板的内部，不会产生过多的超声能量损耗。一般使用的夹心式厚度振动型换能器输出稳定、功率容量大。

因此，如何提供一种保持夹心式厚度振动型压电换能器优点，且能够对其体积重量进一步优化的换能器，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于前后端振速优化的PMNT超声波除冰换能器，旨在解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于前后端振速优化的PMNT超声波除冰换能器，包括前盖板和后盖板；还包括夹设在所述前盖板和后盖板之间的两块压电片；所述前盖板与所述压电片之间、两块所述压电片之间以及所述后盖板与所述压电片之间均垫设有电极片；所述后盖板、压电片和电极片均开设有贯通的同心圆孔，所述前盖板朝向所述电极片的一面开设有与所述同心圆孔对应的螺纹孔，所述同心圆孔和螺纹孔依次相连形成衔接通道；螺栓由所述后盖板方向进入所述衔接通道，并与所述螺纹孔螺纹连接。