一种对称式双辐射大功率超声波换能器的制作方法

本实用新型涉及一种超声波能量转换器件。

背景技术：

超声波换能器是一种能够实现电能与声能相互转换的能量转换器件。超声波换能器工作时是利用超声波换能器将电能转换成声能（机械能），将超声机械能量释放到介质中，在超声场的作用范围内使介质产生空化、化学、机械等效应，从而达到加工或处理物料的目的。目前的压电陶瓷晶堆功率超声换能器已经在水泥、石化、冶金行业逐步推广使用，特别是在余热发电汽轮机凝汽器除垢方面运用广泛，由于现有的应用于此相关行业的超声波换能器存在以下问题：

一、单工具头发射超声波，发射功率及辐射表面积小，超声波能量辐射范围小，超声能量分布不均匀；

二、换能器非整体接触液体介质，部分超声能量损耗在空气中或设备的壳体上，换能器的工作效率较低，导致使用效果差；

三、换能器采用法兰安装固定，只能安装在容器的壳体上，对于较大的容器而言换能器上的发射工具头无法伸入容器中心，导致容器中有超声波能量辐射不到的盲区；

四、法兰安装方式，不但开孔面积大（安装法兰处一般开孔直径为φ60mm以上），而且由于单个换能器的功率较小，需要安装较多数量的换能器才能达到效果，导致开孔数量较多。

因此有必要设计一种安装简单且高效的大功率超声波换能器结构。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决上述存在的技术缺陷，从而提供一种对称式双辐射大功率超声波换能器，采用双辐射结构设计，单个换能器的功率比现有换能器的功率提高两倍以上，并且安装时需要的开孔数量比现有超声波换能器安装时的开孔数量大大减少；并且电气部分采用全密封方式，可以直接浸入液体介质中使用。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：包括超声波换能器本体，所述超声波换能器本体包括换能装置和两端面盖板，所述的换能装置设置于两端面盖板之间；所述的超声波换能器本体沿水平对称面、垂直对称面对称，超声波换能器本体长度为工作超声波的一个波长，超声波换能器本体左右两端至垂直对称面的长度分别为二分之一波长。

进一步，所述的换能装置为一组压电元件组。

进一步，所述的换能装置包括中心盖板和压电元件组，所述的中心盖板两端分别设置有一组压电元件组。

进一步，所述的压电元件组采用2-10片常规的压电陶瓷片并联组成。

进一步，所述的端面盖板远离压电元件组一端连接有发射工具头。

进一步，所述的换能装置外部上还设置有密封筒，所述的密封筒两端分别固定于两端的发射工具头的零节点圆片上，且密封筒上设置有一个用于穿出信号传输电缆的防水接头，所述的信号传输电缆与压电元件组电极连接；所述的零节点圆片设置于发射工具头的振幅最小处。

进一步，所述的超声波换能器两端的振幅比为1:1。

本实用新型的有益效果是：

一、换能器可直接浸入液体中使用，换能器整体与液体介质接触，超声能量完全作用于液体介质中明，大幅提升了换能器的工作效率。

二、双发射工具头增加了单个超声波换能器的发射功率及辐射面积，与现有产品相比，在达到同等处理效果的前提下，超声波换能器的安装数量最少可减少一半以上。

三、可采用内置式安装方式，每个超声波换能器只需要从设备中通过防水接头引出一根信号电缆线即可，并且安装防水接头的开孔直径为φ15mm左右。

本发明结构简单性能稳定，易于批量生产，安装简单，使用方便。

附图说明

图1是本实用新型实施例1结构示意图。

图2是本实用新型实施例2结构示意图。

图3是本实用新型整体装配示意图。

图4是本实用新型密封筒装配示意图。

图5为现有超声波换能器安装示意图。

图6为本发明超声波换能器安装示意图。

图中：1、振幅分布线，2、中心盖板，3、压电元件组，4、端面盖板，5、发射工具头，6、零节点圆片，7、密封筒，8、防水接头；9、信号传输电缆；10设备容器；11、驱动电源；12、法兰；13、超声波换能器。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，此附图为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构。

实施例一：

如图1所示，本实用新型包括：换能器整体长度采用工作超声波频率的一个波长设计，左、右各一个二分之一波长，左、右两端设计振幅比为1:1，保证了两端的振幅一致，从而使两端的发射功率相等；压电元件组3设置于两个端面盖板4之间，两个端面盖4板之间设置有一组压电元件组。左、右两端的端面盖板4与压电元件组3连接的另一端用于连接发射工具头5。压电元件组3采用六片压电陶瓷并联组成。左右两边的端面盖板4设计成葫芦状，与压电元件组3连接的端面直径大于与发射工具头5连接端面直径。压电元件组3与端面盖板4以及发射工具头5之间采用螺栓连接。密封筒7将压电元件组3包裹在其内部，两端分别固定在左、右两个发射工具头5的零节点圆片6上。12是水平对称面，13是垂直对称面。

实施例二：

如图2所示，本实用新型包括：换能器整体长度采用工作时所输入的超声波的一个波长设计，左、右各一个二分之一波长，左、右两端设计振幅比为1:1，保证了两端的振幅一致，从而使两端的发射能量相等；压电元件组3设置于两个端面盖板4之间，两个端面盖4板之间设置有两组压电元件组；两组压电元件组之间设置有中心盖板。

如图3所示，左、右两端的端面盖板4与压电元件组3连接的另一端用于连接发射工具头5。压电元件组3采用八片压电陶瓷并联组成。左右两边的端面盖板4设计成葫芦状，与压电元件组3连接的端面直径大于与发射工具头5连接端面直径。压电元件组3与端面盖板4以及发射工具头5之间采用螺栓连接。实施例二中双压电元件组结构设计比实施例一中单压电元件组的换能器发射功率更大，超声能量辐射的范围更宽。

如图4所示，密封筒7将压电元件组包裹在其内部，两端分别固定在左、右两个发射工具头的零节点圆片6上，零点圆片6设置于发射工具头的振幅最小处，信号传输电缆9从密封筒7上的防水接头8中穿出。

如图6所示，换能器能够直接浸入液体介质中使用，减少能量损耗，提高换能器的工作效率。