一種超聲波發射壓電元件的製作方法
2023-10-11 12:23:09
專利名稱：一種超聲波發射壓電元件的製作方法
技術領域：
本實用新型一種超聲波發射壓電元件屬於超聲波領域，特別是涉及一種發射面自由的通過發射超聲波來工作的超聲波發射壓電元件。
背景技術：
超聲波發射壓電元件一般由一個片狀的壓電陶瓷片和位於該片狀壓電陶瓷片上、下表面的兩個金屬電極面組成，片狀壓 電陶瓷片在上、下表面在交變電場的作用下會產生相對於中心線對稱的上、下振動，這種振動的能量以超聲波的形式通過氣體、液體或固體媒質向外界傳播。由於普通發射型壓電元件的上下表面的振動是對稱的，因此其中心面保持靜止，超聲波則同時向上下兩個方向發射。在一般情況下，只需要用到其中一個方向的超聲波，其相反方向的超聲波信號會被當作無用信號被吸音阻尼材料吸收。這是一種常見的低功率超聲波發射壓電元件的應用方案，被用在多種壓電式傳感器的結構設計中。然而，對於功率型超聲波發射壓電元件來說(比如超聲波霧化片和超聲波清洗片)，由於超聲波發射功率較高，由於反向發射的超聲波會導致吸音阻尼材料的溫度升高而使吸音材料破壞，上述方案就無法使用。因此，目前的功率型超聲波壓電元件的背面一般是自由狀態。由於超聲波傳遞過程中存在界面效應，金屬和水的聲阻抗與壓電陶瓷的聲阻抗比較接近，空氣的聲阻抗遠小於壓電元件的聲阻抗，因此超聲波發射壓電元件正面的超聲波會比較容易地被傳入水中，而背面的超聲波能量則只有少部分傳入空氣，其餘大部分熱能在壓電元件上儲存下來。這些熱量會使壓電元件的溫度升高，從而降低壓電元件的使用效率和壽命。為了解決功率型超聲波發射壓電元件的散熱問題，超聲波清洗片被直接安裝在金屬容器的底部，熱量通過容器底部傳遞到清洗液中；超聲波霧化片則被安裝在一個金屬散熱底板上，該金屬散熱底板與加溼器中的水相接觸，從而把霧化片產生的熱量傳遞到水中。這兩種方案雖然解決了壓電元件的散熱問題，卻會導致容器內液體溫度的上升，由於水溫上升會導致水的溶解度下降，從而導致水中的礦物質沉澱結垢，因此功率型壓電設備的降溫問題仍然是困擾該行業的一個難題。特別是在超聲波加溼行業，水溫的上升還會使水中容易滋生細菌，影響空氣品質和人體健康。
實用新型內容本實用新型的目的在於避免現有技術的不足之處，而提供一種能夠減少無效能量的發射與損耗，降低發熱量，降低驅動功率，節能型的一種超聲波發射壓電元件。本實用新型的目的是通過以下措施來達到的，一種超聲波發射壓電元件包括壓電振動片和配重質量片組成，壓電振動片是由壓電陶瓷片和金屬電極層組成，壓電振動片固定安裝在配重質量片上。由於壓電陶瓷片的變形率是由兩個電極層之間的電場強度決定的，在同樣的電壓條件下，固定壓電振動片的一個表面，另一個表面的變形量就會是同樣厚度的兩面自由的振動片的表面變形量的兩倍，同樣，在壓電振動片一面固定的情況下，只需要向其施加1/2的電壓，在其自由面上就可以得到與同樣厚度的兩面自由的振動片的表面變形量相同的變形量。由於壓電振動片的諧振頻率與其厚度相關，因此還可以通過調整配重質量片的結構尺寸來調整整個壓電發射元件的諧振頻率，由於配重質量層不會產生壓電變形，在壓電振動片振動的過程中，壓電振動片與配重質量片相結合的一面就會受到配重質量片慣性的影響，使配重質量片面的振幅減小，而壓電振動片的另一個自由面的振幅相應增大。本實用新型的壓電振動片由一個壓電陶瓷片和壓電陶瓷片的兩面的金屬電極層組成，壓電振動片兩面各有一層金屬電極層，配重質量片是絕緣材料，壓電振動片粘貼在配重質量片上，配重質量片和壓電陶瓷片之間有一層金屬電極層。本實用新型的壓電振動片由一個壓電陶瓷片和壓電陶瓷片的一面的金屬電極層 組成，壓電振動片一面有一層金屬電極層，壓電振動片另一面粘貼在配重質量片上，配重質量片是導電材料。本實用新型的壓電振動片的可以是一層以上，兩層或兩層以上的壓電振動片貼合在一起，壓電振動片固定在配重質量片上，從而在節省能量的同時，還可以進一步降低驅動電壓。本實用新型的配重質量片可以是具有一定形狀的結構，該結構有一個表面與壓電振動片貼合在一起。本實用新型的一種超聲波發射壓電元件的製作方法是壓電振動片通過粘貼或燒結的方法，固定在配重質量片上，通過配重質量片調整超聲波發射壓電元件的諧振頻率。配重質量片的剛性和慣性可以減弱壓電振動片向下的振動，向上部表面的振幅會遠遠大於壓電振動片下表面的振幅，從而有效減少能量的損耗，同時也降低了超聲波發射壓電元件的驅動電壓，還可以通過調整配重質量片的厚度來調整超聲波發射壓電元件的諧振頻率以達到設計目標要求的諧振頻率。本實用新型的配重質量片的厚度是壓電振動片厚度的0.3 3倍。由於配重質量片的剛度和密度可能與壓電陶瓷片不同，因此配重質量片的厚度也會相應的調整，一般來說，配重質量片的厚度是壓電振動片厚度的0. 5 2倍。本實用新型可以有效降低壓電振動片背面產生的振動，減少了壓電振動片無效能量的損耗，從而可以達到降低壓電振動片發熱量，使用較低功率驅動的目的。本實用新型結構簡單、性能可靠，節約成本、使用壽命延長。
附圖I是本實用新型的結構示意圖。附圖2是本實用新型的實施例結構示意圖。附圖3是本實用新型的實施例結構示意圖。附圖4是本實用新型的實施例結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。圖中壓電陶瓷片1，金屬電極層2，配重質量片4，金屬電極層21，金屬配重質量片5,非金屬配重質量片6。如附圖I所示，本實用新型一種超聲波發射壓電元件包括壓電振動片和配重質量片4組成，壓電振動片固定安裝在配重質量片上，壓電振動片由一個壓電陶瓷片I和壓電陶瓷片的兩面的金屬電極層組成，壓電振動片一面有一層金屬電極層2，壓電振動片另一面有一層金屬電極層21，配重質量片是絕緣材料，壓電振動片粘貼在配重質量片上，配重質量片和壓電陶瓷片之間有一層金屬電極層21。通過配重質量片調整諧振頻率，由於配重質量層不會產生壓電變形，在壓電振動片振動的過程中，壓電振動片與配重質量片相結合的一面就會受到配重質量片慣性的影響，使配重質量片接合面面的振幅減小，而壓電振動片另一自由表面的振幅相應增大。為了防止金屬電極層的表面被氧化和腐蝕，在超聲波發射壓電元件的正反表面兩面可以增加保護層，以提高壽命。如附圖2所示，本實用新型一種超聲波發射壓電元件包括壓電振動片和配重質量片組成，壓電振動片固定安裝在配重質量片上，壓電振動片由一個壓電陶瓷片I和壓電陶瓷片的金屬電極層組成，壓電振動片一面有一層金屬電極層2，壓電振動片另一面粘貼在配重質量片上，配重質量片是金屬配重質量片5,金屬配重質量片5是導電材料。 如附圖3所示，本實用新型一種超聲波發射壓電元件包括壓電振動片和配重質量片組成，壓電振動片固定安裝在配重質量片上，壓電振動片由一個壓電陶瓷片I和壓電陶瓷片的兩面的金屬電極層組成，壓電振動片一面有一層金屬電極層2，壓電振動片另一面有一層金屬電極層21，配重質量片是非金屬配重質量片6，壓電振動片粘貼在配重質量片上，配重質量片和壓電陶瓷片之間有一層金屬電極層21。本實用新型的配重質量片可以是具有一定形狀的結構，該結構有一個表面與壓電振動片貼合在一起。如附圖4所示，本實用新型一種超聲波發射壓電元件包括壓電振動片和配重質量片4組成，壓電振動片固定安裝在配重質量片上，壓電振動片是三層的壓電振動片貼合在一起，壓電振動片由一個壓電陶瓷片I和壓電陶瓷片的兩面的金屬電極層組成，壓電振動片一面有一層金屬電極層2，壓電振動片另一面有一層金屬電極層21，配重質量片是絕緣材料，壓電振動片粘貼在配重質量片上，通過配重質量片調整諧振頻率，從而在節省能量的同時還可以進一步降低的驅動電壓。為了防止表面的金屬電極層被氧化和腐蝕，在超聲波發射壓電元件的正反表面兩面可以增加保護層，以提高壽命。
權利要求1.一種超聲波發射壓電元件，其特徵是包括壓電振動片和配重質量片組成，壓電振動片是由壓電陶瓷片和金屬電極層組成，壓電振動片固定安裝在配重質量片上。
2.根據權利要求I所述的一種超聲波發射壓電元件，其特徵是壓電振動片由一個壓電陶瓷片和壓電陶瓷片的兩面的金屬電極層組成，壓電振動片兩面各有一層金屬電極層，配重質量片是絕緣材料，壓電振動片粘貼在配重質量片上，配重質量片和壓電陶瓷片之間有一層金屬電極層。
3.根據權利要求I所述的一種超聲波發射壓電元件，其特徵是壓電振動片由一個壓電陶瓷片和壓電陶瓷片的一面的金屬電極層組成，壓電振動片一面有一層金屬電極層，壓電振動片另一面粘貼在配重質量片上，配重質量片是導電材料。
4.根據權利要求I所述的一種超聲波發射壓電元件，其特徵是壓電振動片是兩層或兩層以上的壓電振動片貼合在一起，壓電振動片固定在配重質量片上。
5.根據權利要求I或2或3或4所述的一種超聲波發射壓電元件，其特徵是配重質量片的厚度是壓電振動片厚度的0. 5 2倍。
專利摘要本實用新型一種超聲波發射壓電元件屬於超聲波領域，一種超聲波發射壓電元件包括壓電振動片和配重質量片組成,壓電振動片是由壓電陶瓷片和金屬電極層組成，壓電振動片固定安裝在配重質量片上,壓電振動片由一個壓電陶瓷片和壓電陶瓷片的金屬電極層組成,本實用新型可以有效降低壓電振動片背面產生的振動，減少了壓電振動片無效能量的損耗，從而可以達到降低壓電振動片發熱量，使用較低功率驅動的目的。本實用新型結構簡單、性能可靠，節約成本、使用壽命延長。
文檔編號B06B1/06GK202460958SQ20112056766
公開日2012年10月3日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者唐浩, 王秋軍 申請人:廣州市番禺奧迪威電子有限公司