一種超聲換能器的換能單元的製作方法

2023-06-01 16:20:06 2

本發明涉及超聲換能技術領域，尤其涉及一種超聲換能器的換能單元。

背景技術：

現有的超聲換能器一般包括殼體、一個或者多個壓電陶瓷元件和設置在殼體和壓電陶瓷元件之間的非固定填充層，其中，該非固定填充層是換能器散熱所需的重要組成部分，尤其是大超聲換能器，其產生的熱量較大，為了有效散熱，在壓電陶瓷元件與殼體之間必需設置用於散熱的非固定填充層，最常用的非固體填充層是油。

而在實際應用中，油層等非固體填充層雖然對散熱起到一定的作用，但超聲波經過油層等非固體填充層後會產生很大損耗，降低換能效率。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

本發明的目的是提供一種超聲換能器的換能單元，在不影響散熱的情況下，減少現有超聲換能器的換能單元超聲波損耗的問題。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種超聲換能器的換能單元，包括：

銦鋼殼，所述銦鋼殼為密封結構；

壓電陶瓷環，所述壓電陶瓷環包括所述壓電陶瓷環體，及分別設置在所述壓電陶瓷環體的內側銀層和外側銀層；

所述壓電陶瓷環設置在所述銦鋼殼內，且所述外側銀層緊貼所述銦鋼殼。

優選地，所述銦鋼殼為包括蓋體和殼體，所述壓電陶瓷環設置在所述殼體內，所述蓋體與所述殼體螺紋連接。

優選地，在所述蓋體上還設有用於線路連接的航空插頭。

優選地，還包括內導電環，所述內導電環為開放式環狀結構，且所述內導電環的外側周長大於壓電陶瓷環的內側周長，在圓周方向上所述內導電環覆蓋並緊貼所述壓電陶瓷環的內側銀層。

優選地，在所述內導電環內側還設有彈性絕緣保護環。

優選地，所述彈性絕緣保護環為開放式環狀結構。

優選地，所述彈性絕緣保護環的開放端與所述內導電環的開放端錯開設置。

優選地，所述所述內導電環的外側周長與壓電陶瓷環的內側周長之差為0.2-0.8mm。

優選地，所述內導電環的外側周長與壓電陶瓷環的內側周長之差為0.5mm。

優選地，所述內導電環為鈹青銅製成。

(三)有益效果

本發明的上述技術方案具有如下優點：本發明提供的超聲換能器的換能單元，包括密封的銦鋼殼和設置在所述銦鋼殼內的壓電陶瓷環，其中，該壓電陶瓷環包括壓電陶瓷環體，以及分別設置在該壓電陶瓷環體內的內側銀層和壓電陶瓷環體外的外側銀層，且外側銀層緊貼銦鋼殼設置，在壓電陶瓷環與殼體之間去除了油介質，提高了換能效率，同時壓電陶瓷環的外側銀層緊貼銦鋼殼，使壓電陶瓷環產生的熱量通過銦鋼殼散出，在不影響散熱的情況下，減少現有超聲換能器的換能單元超聲波損耗的問題，且該換能單元採用密封殼結構，避免換能器在使用過程中有傳輸介質進入，另外銦鋼的熱膨脹係數小於壓電陶瓷的熱膨脹係數，因此隨著溫度的增高，壓電陶瓷環與銦鋼殼之間的貼合度更好，使換能單元的工作性能更穩定。

附圖說明

圖1是本發明實施例一超聲換能器的換能單元分解狀態結構示意圖；

圖2是本發明實施例一超聲換能器的換能單元剖面示意圖；

圖3是本發明實施例一內導電環結構示意圖；

圖4是本發明實施例二超聲換能器的換能單元分解狀態結構示意圖；

圖5是本發明實施例二超聲換能器的換能單元剖面示意圖。

圖中：1：壓電陶瓷環；2：內導電環；3：彈性絕緣保護環；4：殼體；5：蓋體；51：航空插頭。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

實施例一

如圖1和圖2所示，本發明實施例提供的超聲換能器的換能單元，包括密封的銦鋼殼和設置在所述銦鋼殼內的壓電陶瓷環1，其中，該壓電陶瓷環1包括壓電陶瓷環體，以及分別設置在該壓電陶瓷環體內的內側銀層和壓電陶瓷環體外的外側銀層，且外側銀層緊貼銦鋼殼設置。

與傳統換能單元相比，本實施例中的壓電陶瓷環1與殼體之間去除了油介質，提高了換能效率，同時壓電陶瓷環1的外側銀層緊貼銦鋼殼，使壓電陶瓷環1產生的熱量通過銦鋼殼散出，在不影響散熱的情況下，減少現有超聲換能器的換能單元超聲波損耗的問題，且該換能單元採用密封殼結構，避免換能器在使用過程中有傳輸介質(一般為水)進入。

另外銦鋼的熱膨脹係數小於壓電陶瓷的熱膨脹係數，因此隨著溫度的增高，壓電陶瓷環1與銦鋼殼之間的貼合度更好，使換能單元的工作性能更穩定。

為了方便組裝，優選地，如圖1所示，銦鋼殼包括蓋體5和殼體4，具體地，殼體4為一端開口的筒狀結構，所述壓電陶瓷環1設置在所述殼體4內，蓋體5蓋合在殼體4上實現密封，優選地，蓋體5殼體4螺紋連接。

為了方便多個換能單元串聯或並聯使用，如圖1所示，在蓋體5上設置航空插頭51，該航空插頭51一端位於蓋體5內，分別利用線纜連接壓電陶瓷環1的正負極，另一端伸出蓋體5外，方便與其它換能單元連接，優選地，航空插頭51在蓋體5的穿設處設有密封圈。

進一步地，如圖1和圖2所示，在壓電陶瓷環1的內側銀層外設置內導電環2包括內導電環2，其中內導電環2設置在壓電陶瓷環1的內側，且內導電環2為開放式環狀結構，該內導電環2的外側周長大於壓電陶瓷環的內側周長，當內導電環2的開放端對齊時，內導電環2產生預應力，使內導電環2全面的更加貼緊壓電陶瓷環1的內側銀層，並防止內導電環2從壓電陶瓷環2上脫落，使內側銀層得到很好的保護。

如圖3所示是常態下內導電環2結構，其中一個開放端壓在另一個開放端上，放置在壓電陶瓷環1內，通過外力使其兩個開放端對齊設置。

由於壓電陶瓷環1材料較脆，為了避免壓電陶瓷環1破碎，綜合考慮安裝及內導電環2的固定穩定性，優選地，內導電環2的外側周長與壓電陶瓷環1的內側周長之差為0.2-0.8mm，在該範圍內，方便內導電環2安裝，且產生的預應力足夠使內導電環2穩定的固定在陶瓷環1的內側，更優選地，內導電環的外側周長與壓電陶瓷環的內側周長之差為0.5mm。

為了更好的保護和支撐內導電環2，如圖1和圖2所示，在內導電環2的內側還設置彈性絕緣保護環3，該彈性絕緣保護環3全部覆蓋內導電環2的內側，對內導電環起到支撐保護的作用，進一步防止內導電環脫落

進一步地，如圖1所示，為了安裝方便和支撐內導電環2，彈性絕緣保護環3為開放式環狀結構，且在安裝時，彈簧絕緣保護環3的開放端與內導電環2的開放端錯開設置，優選地，兩者的開放端相對側設置。

其中，彈性絕緣保護環3的材料優選為聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯樹脂、聚醯亞胺、聚碳酸酯或聚四氟乙烯，具有適當彈性效果更好。

優選地，內導電環採用高導電性的鈹青銅材料製成。

實施例二

如圖4和圖5所示，本實施例二與實施例一基本相同，相同之處不再贅述，不同之處在於：殼體3為兩端均設有開口的筒狀結構，在組裝時，將該筒狀的殼體4套設在壓電陶瓷環1的外側，然後將兩個蓋體5分別蓋合在殼體4的兩端。

優選地，其中一個蓋體5上設置航空插頭。

綜上所述，本發明提供的超聲換能器的換能單元，在壓電陶瓷環與殼體之間去除了油介質，提高了換能效率，同時壓電陶瓷環的外側銀層緊貼銦鋼殼，使壓電陶瓷環產生的熱量通過銦鋼殼散出，在不影響散熱的情況下，減少現有超聲換能器的換能單元超聲波損耗的問題，且該換能單元採用密封殼結構，避免換能器在使用過程中有傳輸介質進入，另外銦鋼的熱膨脹係數小於壓電陶瓷的熱膨脹係數，因此隨著溫度的增高，壓電陶瓷環與銦鋼殼之間的貼合度更好，使換能單元的工作性能更穩定。

最後應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。