本发明专利技术公开一种超声换能器，包括：与一压缩装置连接的安装装置，安装在所述安装装置和所述压缩装置之间的晶堆和设置在所述晶堆与所述压缩装置之间的后质量块；其特征在于：所述晶堆接触端面和所述压缩装置接触端面均为平面且形状大小相同；所述压缩装置具有与所述后质量块接触的后质量块接触面，所述后质量块接触面相对于所述压缩装置接触端面的几何中心是中心对称的，所述后质量块接触面的面积小于所述压缩装置接触端面的面积。本发明专利技术通过改进后质量块的对称性，改善超声换能器中应力分布的均匀性，从而提高超声换能器的效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般涉及超声换能器及其应用，特别是具有压缩装置的夹心式的超声换能器及其应用。
技术介绍
现有技术中，超声发射设备具有多种应用，例如用于手术治疗。超声发射设备通常包括将电能量转换为超声频率的振动的换能器，该振动被传送以使得手术器械的末端产生振动。夹心式的高效超声换能器通常包括安装装置和后质量块，在安装装置和后质量块之间设置有晶堆，该晶堆为交替堆叠的压电元件和电极。大多数这样的高效超声换能器是预压缩的，使用轴向延伸穿过晶堆的压紧螺栓施加压缩力。这种带有压紧螺栓的夹心式的换能器被调制到一个共振频率，其长度被设计成与此共振频率下的波长成比例。当超声换能器工作时，总是保持压缩状态，在振动过程中，其压缩量介于最小压缩量和最大压缩量之间，最小压缩量相对于未压缩状态时的零压缩量稍微偏移，最大压缩量不能超过材料最大压缩强度限制的压缩量。目前已知，用于压缩晶堆的压缩装置可以是螺栓和垫圈的组件，也可以是柱状螺栓。这样的螺栓或垫圈用于夹心式换能器中各零件的声学连接或任何相关的声学装配。该声学连接对于装配体的频率调制很重要，并且只有这样才能使装配体中各零件达到共振从而被驱动。现有技术的缺陷是，上述的压缩装置无法在压电元件的径向方向或整个晶堆的轴向方向产生均勻的压力分布，在径向和轴向方向上非均勻的压力分布会降低换能器的效率并产生较高的无效热量，对于有温度限制的应用场合，所产生的较高的热量是很严重的问题。换能器中的高的无效热量引起其效率降低从而使其最大输出降低，而且，非均勻的压力限制了压缩的幅度，从而限制了换能器的功率容量。对于上述问题，已有商家公开了一种解决方案，如图Ia至图Ic所示，该压缩装置利用安装装置40和具有不同大小接触面的后质量块20夹在第一晶堆30的两端，图Ib中， 由于外斜面201和内斜面203为非接触面，后质量块20与螺栓10接触的接触端面202，小于与第一晶堆30接触的接触端面204，由于较小的接触端面202不与螺栓头101的根部104 接触，消除了螺栓头101的根部104应力效应，从而在压电元件31和电极(正电极33、负电极32)中产生更均勻的应力分布。但是，这种解决方法还是存在缺陷后质量块20由于两侧接触端面的大小不同， 在压缩时，容易产生变形，这种变形进而会影响第一晶堆30中应力分布的均勻性，具体可以参考图2所示的图Ia的超声换能器中的晶堆里的每个压电元件压应力分布云图，图2 中，横轴对应超声换能器轴向方向，纵轴对应超声换能器径向方向，还示出了 8条应力等值线，分别为 A = 18MPa、B = 20MPa、C = 25MPa、D = 30MPa、E = 32MPa、F = 35MPa、G = 38MPa 和H = 39. 44MPa。可见现有技术中应力的分布并不很均勻，特别是远离径向中心处。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中，超声换能器的压电元件和电极应力分布不均勻的缺陷，特别是要避免因为后质量块的不对称而产生变形，进而影响晶堆中应力分布的均勻性。本专利技术公开的超声换能器，包括安装装置，所述安装装置与一压缩装置相连接；晶堆，所述晶堆安装在所述安装装置和所述压缩装置之间，所述晶堆包括若干正负极交替堆叠的电极，两相邻的电极之间设置有压电元件；后质量块，所述后质量块设置在所述晶堆与所述压缩装置之间，所述后质量块具有与所述晶堆接触的晶堆接触端面和与所述压缩装置接触的压缩装置接触端面；其中所述晶堆接触端面和所述压缩装置接触端面均为平面且形状大小相同；所述压缩装置具有与所述后质量块接触的后质量块接触面，所述后质量块接触面相对于所述压缩装置接触端面的几何中心是中心对称的，所述后质量块接触面的面积小于所述压缩装置接触端面的面积。上述的超声换能器，其中，所述压缩装置是一螺栓，所述后质量块套装在所述螺栓上。上述的超声换能器，其中，所述压缩装置具有靠近所述后质量块的端面，所述端面上设置有至少一个凸台，所述凸台包括与所述后质量块接触的凸台接触面，所有的所述凸台接触面形成所述后质量块接触面。上述的超声换能器，其中，所述凸台可以是中心对称的，也可以为环形的。上述的超声换能器，其中，所述凸台设置在不靠近所述端面的几何中心的位置。上述的超声换能器，其中，所述后质量块为圆环形，所述端面和所述凸台均为圆环形，所述凸台的圆环宽度的中线设置为靠近所述端面的圆环宽度的中线，所述凸台的圆环宽度取值范围为所述端面圆环宽度的1/3-2/3。上述的超声换能器，其中，还包括一与所述后质量块形状大小相同的前质量块，所述前质量块设置在所述晶堆和所述安装装置之间，所述前质量块具有与所述安装装置接触的安装装置接触端面，所述安装装置具有与所述前质量块接触的前质量块接触面，所述前质量块接触面相对于所述安装装置接触端面的几何中心是中心对称的，所述前质量块接触面的面积小于所述安装装置接触端面的面积。上述的超声换能器，其中，所述安装装置具有靠近所述前质量块的第二端面，所述第二端面上设置有至少一个第二凸台，所述第二凸台包括与所述前质量块接触的第二凸台接触面，所有的所述第二凸台接触面形成所述前质量块接触面。上述的超声换能器，其中，所述凸台可以是中心对称的，也可以为环形的。上述的超声换能器，其中，所述第二凸台设置在不靠近所述第二端面的几何中心的位置。上述的超声换能器，其中，所述前质量块为圆环形，所述第二端面和所述第二凸台均为圆环形，所述第二凸台的圆环宽度的中线设置为靠近所述第二端面的圆环宽度的中线，所述第二中心对称凸台的圆环宽度取值范围为所述第二端面圆环宽度的1/3-2/3。根据本专利技术的另一个方面，还公开一种超声医疗设备，包括发生器；如上述的超声换能器，所述超声换能器适于响应所述发生器所产生的电能而以超声频率振动；传输装置；末端效应器；其中，所述传输装置适于从所述超声换能器接收超声振动，并将所述超声振动传输给所述末端效应器，所述末端效应器适于从所述传输装置接收所述超声振动并相应地进行超声振动。本专利技术通过改进后质量块的对称性，有效地避免了后质量块由此产生的变形，进而可更好地改善超声换能器中应力分布的均勻性，从而提高超声换能器的效率；减少了所产生的热量而不需要采取主动的冷却措施；而且，均勻的应力分布可允许更大的压缩幅度， 进而可导致更大的致动幅度，使得换能器具有更广的使用范围。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。在附图中，为清楚明了，放大了部分部件。图Ia是现有技术中用于外科手术的一种超声换能器的示意图；图Ib是现有技术中用于外科手术的一种超声换能器的后质量块示意图；图Ic是现有技术中用于外科手术的一种超声换能器的螺栓示意图；图2是图Ia所示的现有技术的一个具体实施例的、超声换能器中的晶堆里的每个压电元件压应力分布云图；图3示出了根据本专利技术的具体实施例的超声换能器的示意图；图4示出了根据本专利技术的具体实施例的超声换能器的后质量块的示意图；图fe-g示出了根据本专利技术的具体实施例的具有不同结构的螺栓的示意图；图6示出了根据本专利技术的一个具体实施例的、超声换能器中的晶堆里的每个压电元件压应力分布云图；图7示出了根本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．超声换能器，包括：安装装置，所述安装装置与一压缩装置相连接；晶堆，所述晶堆安装在所述安装装置和所述压缩装置之间，所述晶堆包括若干正负极交替堆叠的电极，两相邻的电极之间设置有压电元件；后质量块，所述后质量块设置在所述晶堆与所述压缩装置之间，所述后质量块具有与所述晶堆接触的晶堆接触端面和与所述压缩装置接触的压缩装置接触端面；其特征在于：所述晶堆接触端面和所述压缩装置接触端面均为平面且形状大小相同；所述压缩装置具有与所述后质量块接触的后质量块接触面，所述后质量块接触面相对于所述压缩装置接触端面的几何中心是中心对称的，所述后质量块接触面的面积小于所述压缩装置接触端面的面积。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：方云才，钟学平，陈启章，梁耀，汪炬，杨晓峰，姚银锋，
申请(专利权)人：华外医疗器械上海有限公司，瑞奇外科器械中国有限公司，
类型：发明
国别省市：31
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