超聲圓管換能器的製造方法
2023-06-12 09:31:31 2
超聲圓管換能器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種超聲圓管換能器。該超聲圓管換能器包括：輻射圓管以及設置於輻射圓管管壁內的振子組件；振子組件包括縱向驅動振子、分別設置於縱向驅動振子兩端的振子前蓋板和振子後蓋板，其中，通過振子前蓋板、振子後蓋板與輻射圓管管壁之間的套接配合進而將振子組件設置於輻射圓管內部，並且振子前蓋板、振子後蓋板分別與輻射圓管管壁無縫連接。通過上述方式，超聲圓管換能器的製成工藝簡單，超聲圓管換能器溫度穩定性較好，能夠適用於高功率需求。
【專利說明】超聲圓管換能器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種超聲圓管換能器。
【背景技術】
[0002]用於大功率的超聲換能器目前主要有縱向振動和徑向振動兩種形式，縱向換能器技術已經相當成熟，目前最常見的大功率徑向圓管換能器主要有充油式圓管換能器和徑向複合式圓管換能器兩種。其中:
[0003]充油式圓管換能器的原理是採用纏繞銅絲或紗布的方式給壓電圓管施加預應力，利用壓電圓管的徑向振動來推動外層輻射圓管的徑向振動。然而，纏繞銅絲或紗布本身不能作為聲輻射面，必須外加輻射面，通常的方式是在壓電圓管和輻射管之間灌滿不導電的油，從而導致聲能輻射效率極低。
[0004]徑向複合式圓管換能器的原理是採用過盈配合的方式給壓電圓管施加預應力，這種方式可以有效的提高圓管換能器的效率，但是徑向複合式圓管換能器的工藝要求很高，對壓電圓管的圓度和過盈量要求都很高，製作難度很大。並且，這種形式的換能器最大的缺陷在於溫度穩定性差，溫度的改變直接影響所施加的預應力大小。
[0005]由此可見，徑向振動換能器由於工藝條件的限制，很難製作出高性能，而且換能器的溫度穩定性較差，難以適應高功率的需求。
【發明內容】
[0006]本發明為解決上述技術問題提供一種超聲圓管換能器，其製成工藝簡單，超聲圓管換能器溫度穩定性較好，能夠適用於高功率需求。
[0007]為解決上述技術問題，本發明提供一種超聲圓管換能器，包括:輻射圓管以及設置於所述輻射圓管管壁內的振子組件；所述振子組件包括縱向驅動振子、分別設置於所述縱向驅動振子兩端的振子前蓋板和振子後蓋板，其中，通過所述振子前蓋板、所述振子後蓋板與所述輻射圓管管壁之間的套接配合進而將所述振子組件設置於所述輻射圓管內部，並且，所述振子前蓋板、所述振子後蓋板分別與所述輻射圓管管壁無縫連接。
[0008]其中，所述超聲圓管換能器包括縱向隔振前蓋板和縱向隔振後蓋板；其中，所述縱向隔振前蓋板罩設所述振子前蓋板遠離所述振子後蓋板的端面，所述縱向隔振後蓋板罩設所述振子後蓋板遠離所述振子前蓋板的端面；並且，所述縱向隔振前蓋板、所述輻射圓管以及所述縱向隔振後蓋板構成密閉結構。
[0009]其中，所述縱向隔振前蓋板和所述縱向隔振後蓋板的正反兩面分別設置有至少兩道刻槽。
[0010]其中，所述縱向隔振前蓋板上的各所述刻槽呈同心結構設置；所述縱向隔振後蓋板上的各所述刻槽也呈同心結構設置。
[0011]其中，所述縱向隔振前蓋板和所述縱向隔振後蓋板均呈圓環形，所述縱向隔振前蓋板和所述縱向隔振後蓋板上的各所述刻槽呈同心圓環凹槽結構。[0012]其中，至少所述縱向隔振前蓋板遠離所述振子前蓋板的端面中心凸出端面設置有用於電氣連接的柱體。
[0013]其中，所述縱向隔振後蓋板遠離所述振子後蓋板的端面中心凸出端面設置有用於電氣連接的柱體，並且，所述柱體還用於與後一超聲圓管換能器的縱向隔振前蓋板進行銜接以實現多個所述超聲圓管換能器的級聯。
[0014]其中，所述振子前蓋板、所述縱向驅動振子以及所述振子後蓋板一體成型。
[0015]其中，所述振子前蓋板、所述振子後蓋板各自的邊沿均設置有外螺紋，所述輻射圓管管壁兩端分別設置有與所述外螺紋相適應的內螺紋，通過所述外螺紋和所述內螺紋的螺紋配合使得所述振子前蓋板、所述振子後蓋板套設於所述輻射圓管管壁內壁；進一步地，所述振子前蓋板、所述振子後蓋板分別通過雷射焊的方式與所述輻射圓管管壁無縫連接以實現密封。
[0016]其中，所述輻射圓管管壁設置有內螺紋部分的厚度大於未設置內螺紋部分的厚度。
[0017]本發明實施方式的超聲圓管換能器:因為振子前蓋板和振子後蓋板分別與縱向驅動振子連接，並且該振子前蓋板和振子後蓋板進一步與輻射圓管的管壁無縫連接，利用縱向驅動振子產生縱向振動，與該縱向驅動振子連接的振子前蓋板、振子後蓋板通過跟輻射圓管耦合的方式，進而將縱向驅動振子的縱向振動轉換成輻射圓管的一階彎曲振動(即類徑向振動)，以此實現超聲圓管換能器的徑向輻射功能，其結構簡單，進而製造工藝也較簡單。並且，該超聲圓管換能器隨溫度的改變對所施加的預應力影響較小，產品可靠性強於傳統技術的徑向福射換能器。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明超聲圓管換能器實施方式的裝配圖。
[0019]圖2是圖1所示超聲圓管換能器的爆炸結構示意圖。
[0020]圖3是圖1所示超聲圓管換能器中縱向隔振前蓋板的立體圖。
[0021]圖4是圖1所示超聲圓管換能器中縱向隔振前蓋板的俯視圖。
[0022]圖5是圖1所示超聲圓管換能器中縱向隔振前蓋板的側剖圖。
[0023]圖6是本發明超聲圓管換能器級聯結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和實施方式對本發明進行詳細說明。
[0025]結合圖1和圖2進行參閱，本發明實施方式的超聲圓管換能器，包括:輻射圓管I以及設置於輻射圓管I管壁內的振子組件2。
[0026]其中，振子組件2包括縱向驅動振子21、分別設置於縱向驅動振子21兩端的振子前蓋板22和振子後蓋板23,通過振子前蓋板22、振子後蓋板23與福射圓管I管壁之間的套接配合進而將振子組件2設置於輻射圓管I內部，並且，振子前蓋板22、振子後蓋板23分別與輻射圓管I管壁無縫連接。具體而言，可以通過在振子前蓋板22、振子後蓋板23各自的邊沿分別設置外螺紋，並在輻射圓管I的管壁兩端分別設置與振子前蓋板22、振子後蓋板23的外螺紋相適應的內螺紋，通過外螺紋和內螺紋的螺紋配合使得振子前蓋板22、振子後蓋板23套設於輻射圓管I管壁內壁，進一步地，可以通過焊接，優選雷射焊的方式，使得振子前蓋板22、振子後蓋板23分別與輻射圓管I的管壁進行無縫連接以實現密封，通過雷射焊的方式振子前蓋板22、振子後蓋板23與輻射圓管I之間的無縫連接表面平整光滑、夕卜觀較佳，對工藝要求較低，製作難度低，尤其在水下等環境使用時，因為產品結構密封，超聲圓管換能器的可靠性較高。
[0027]在一具體應用實施方式中，振子前蓋板22、縱向驅動振子21以及振子後蓋板23 —體成型，能夠保證各部分連接的精準度，進而能夠提高超聲圓管換能器的可靠性。當然，振子前蓋板22、縱向驅動振子21以及振子後蓋板23也可以採用焊接等方式進行連接，此處不
列舉。
[0028]在一具體應用實施方式中，輻射圓管I管壁設置有內螺紋部分的厚度大於未設置內螺紋部分的厚度，能充分保證連接部分的結構強度，以及使得超聲圓管換能器的徑向振動能達到更大幅度。
[0029]上述實施方式的超聲圓管換能器，因為振子前蓋板22和振子後蓋板23分別與縱向驅動振子21連接，並且該振子前蓋板22和振子後蓋板23進一步與輻射圓管I的管壁無縫連接，利用縱向驅動振子21產生縱向振動，與該縱向驅動振子21連接的振子前蓋板22、振子後蓋板23通過跟輻射圓管I耦合的方式，進而將縱向驅動振子21的縱向振動轉換成輻射圓管I的一階彎曲振動(即類徑向振動)，以此實現超聲圓管換能器的徑向輻射功能，其結構簡單，進而製造工藝也較簡單。並且，該超聲圓管換能器隨溫度的改變對所施加的預應力影響較小，產品可靠性強於傳統技術的徑向輻射換能器。
[0030]在另一具體應用實施方式中，超聲圓管換能器還包括縱向隔振前蓋板31和縱向隔振後蓋板32 ;縱向隔振前蓋板31罩設振子前蓋板22遠離振子後蓋板23的端面，縱向隔振後蓋板32罩設振子後蓋板23遠離振子前蓋板22的端面；並且，縱向隔振前蓋板31、輻射圓管I以及縱向隔振後蓋板32構成密閉結構。
[0031]其中，縱向隔振前蓋板31和縱向隔振後蓋板32的正反兩面分別設置有至少兩道刻槽300。在一具體應用實施方式中，縱向隔振前蓋板31上的各刻槽300呈同心結構設置；縱向隔振後蓋板32上的各刻槽300也呈同心結構設置。優選地，縱向隔振前蓋板31和縱向隔振後蓋板32均呈圓環形，縱向隔振前蓋板31和縱向隔振後蓋板32上的各刻槽300呈同心圓環凹槽結構。以縱向隔振前蓋板31舉例而言，如圖6所示，縱向隔振前蓋板31正反兩面各設多道(大於等於2)刻槽300，各刻槽300呈同心圓環凹槽結構，其中，各刻槽300的槽寬均設為2mm，各刻槽300深均設為5mm，各刻槽300之間的槽間距均設為2.5mm。研究表明，槽寬越大、槽深越大以及槽間距越大，隔振效果越好，因此，在具體應用時，可結合實際情況設計各刻槽300的形狀、槽寬、槽深及槽間距以達到不同的使用需求。
[0032]本實施方式的超聲圓管換能器，利用縱向隔振前蓋板31罩設振子前蓋板22、縱向隔振後蓋板32罩設振子後蓋板23，超聲圓管換能器的整體密封好，在水下環境使用時，產品可靠性較高；並且，通過設置縱向隔振前蓋板31、縱向隔振後蓋板32，能夠將輻射圓管I上的徑向振動強度向超聲圓管換能器中心方向逐級減弱，通過該隔振處理，使得多個超聲圓管換能器的級聯成為可能，能夠有效的減弱各超聲圓管換能器之間的相互影響，級聯後的超聲圓管換能器整體的可靠性高、能實現較大的功率。
[0033]具體的，上述超聲圓管換能器有以下兩種應用場景:[0034](I)超聲圓管換能器單個使用時，繼續參閱圖1，只需要在縱向隔振前蓋板31遠離振子前蓋板22的端面中心且凸出端面設置用於電氣連接的柱體301。
[0035](2)超聲圓管換能器多個級聯使用時，以兩個超聲圓管換能器級聯為例進行說明，如圖所示，除最後一個超聲圓管換能器(即第二超聲圓管換能器200)只需要在縱向隔振前蓋板31遠離振子前蓋板22的端面中心且凸出端面設置用於電氣連接的柱體301，級聯於該第二超聲圓管換能器200之前的超聲圓管換能器(即第一超聲圓管換能器100)不僅需要在縱向隔振前蓋板31遠離振子前蓋板22的端面中心且凸出端面設置用於電氣連接的柱體301、還需要在縱向隔振後蓋板32遠離振子後蓋板23的端面中心且凸出端面設置有用於電氣連接的柱體301。當需要將更多個超聲圓管換能器級聯以實現大功率應用時，參照前述方法對各超聲圓管換能器的隔振前蓋板和隔振後蓋板進行設置，此處不再一一贅述。
[0036]上述應用場景中，縱向隔振前蓋板31和縱向隔振後蓋板32上的柱體301通常選用金屬或合金材料，優選為不鏽鋼材料，不僅利於電氣連接，並且能夠極大方便將前後兩個超聲圓管換能器，具體即將前一超聲圓管換能器(如圖6所不的第一超聲圓管換能器100)上的縱向隔振後蓋板32上的柱體301與後一超聲圓管換能器(如圖6所示的第二超聲圓管換能器200)上的縱向隔振前蓋板31上的柱體301能通過簡單易行的焊接方式銜接以進行級聯。
[0037]綜上所述，本發明實施方式的超聲圓管換能器，採用縱彎耦合的方式設計，在保證其徑向輻射聲能特性的同時，其整體性能也得到大幅度提高，可以應用於各種管道的水處理和防汙垢，並且其功率容量可以根據實際需要進行調整。
[0038]以上僅為本發明的實施方式，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。
【權利要求】
1.一種超聲圓管換能器，其特徵在於，包括: 輻射圓管以及設置於所述輻射圓管管壁內的振子組件； 所述振子組件包括縱向驅動振子、分別設置於所述縱向驅動振子兩端的振子前蓋板和振子後蓋板，其中，通過所述振子前蓋板、所述振子後蓋板與所述輻射圓管管壁之間的套接配合進而將所述振子組件設置於所述輻射圓管內部，並且，所述振子前蓋板、所述振子後蓋板分別與所述輻射圓管管壁無縫連接。
2.根據權利要求1所述的超聲圓管換能器，其特徵在於: 所述超聲圓管換能器包括縱向隔振前蓋板和縱向隔振後蓋板； 其中，所述縱向隔振前蓋板罩設所述振子前蓋板遠離所述振子後蓋板的端面，所述縱向隔振後蓋板罩設所述振子後蓋板遠離所述振子前蓋板的端面； 並且，所述縱向隔振前蓋板、所述輻射圓管以及所述縱向隔振後蓋板構成密閉結構。
3.根據權利要求2所述的超聲圓管換能器，其特徵在於: 所述縱向隔振前蓋板和所述縱向隔振後蓋板的正反兩面分別設置有至少兩道刻槽。
4.根據權利要求3所述的超聲圓管換能器，其特徵在於: 所述縱向隔振前蓋板上的各所述刻槽呈同心結構設置； 所述縱向隔振後蓋板上的各所述刻槽也呈同心結構設置。
5.根據權利要求4所述的超聲圓管換能器，其特徵在於: 所述縱向隔振前蓋板和所述縱向隔振後蓋板均呈圓環形，所述縱向隔振前蓋板和所述縱向隔振後蓋板上的各所述刻槽呈同心圓環凹槽結構。
6.根據權利要求2-5任一項所述的超聲圓管換能器，其特徵在於: 至少所述縱向隔振前蓋板遠離所述振子前蓋板的端面中心凸出端面設置有用於電氣連接的柱體。
7.根據權利要求6所述的超聲圓管換能器，其特徵在於: 所述縱向隔振後蓋板遠離所述振子後蓋板的端面中心凸出端面設置有用於電氣連接的柱體，並且，所述柱體還用於與後一超聲圓管換能器的縱向隔振前蓋板上的柱體進行銜接以實現多個所述超聲圓管換能器的級聯。
8.根據權利要求1所述的超聲圓管換能器，其特徵在於: 所述振子前蓋板、所述縱向驅動振子以及所述振子後蓋板一體成型。
9.根據權利要求1所述的超聲圓管換能器，其特徵在於: 所述振子前蓋板、所述振子後蓋板各自的邊沿均設置有外螺紋，所述輻射圓管管壁兩端分別設置有與所述外螺紋相適應的內螺紋，通過所述外螺紋和所述內螺紋的螺紋配合使得所述振子前蓋板、所述振子後蓋板套設於所述輻射圓管管壁內壁； 進一步地，所述振子前蓋板、所述振子後蓋板分別通過雷射焊的方式與所述輻射圓管管壁無縫連接以實現密封。
10.根據權利要求9所述的超聲圓管換能器，其特徵在於: 所述輻射圓管管壁設置有內螺紋部分的厚度大於未設置內螺紋部分的厚度。
【文檔編號】B06B1/06GK103801502SQ201410064285
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月25日 優先權日:2014年2月25日
【發明者】陳鑫宏, 俞宏沛, 吳銀隆 申請人:廣東固特超聲實業有限公司