模块化的可浸没超声波管状换能器制造技术

本发明专利技术涉及模块化可浸没超声波管状换能器。该超声波管状换能器(8)通过两个对称机电转换器(9a，9b)在其中央处被激活。通过两个机电转换器产生的振动被转换且随后经由联接件(10)传递到管(12a，12b)。超声波换能器在振动方面可以通过管帽(11a，11b)与其接口独立，所述管帽同样适用于将换能器连接到静止框架、自由端部或另一相似的超声波换能器。用于对机电转换器预加压的装置具有在其中央处的孔，以便允许来自换能器的线缆以及来自附近换能器的线缆经过。

Modular submerged ultrasonic transducer

The present invention relates to modular immersion ultrasonic tubular transducers. The ultrasonic tubular transducer (8) is activated at its center by means of two symmetrical electromechanical converters (9a, 9B). The vibration generated by the two electromechanical converters is converted and is then passed to the tube (12a, 12b) via a connector (10). The ultrasonic transducer in vibration through the cap (11a, 11b) and the interface independent, the cap applies equally to the transducer connected to the free end of the stationary frame, or other similar ultrasonic transducer. A device for pre pressing an electromechanical converter having holes at its center to allow cables from transducers and cables passing from nearby transducers.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】模块化的可浸没超声波管状换能器
本专利技术涉及超声波管式换能器，以在流体介质中传播声波，且包括：机电转换装置，具有与至少一个金属管相关的有源元件，将振动传递到流体介质，在转换装置和管之间的振动传递系统，和，一装置，用于对所述转换装置的有源元件进行预加压。管状超声波换能器形成径向振动以及能使得空穴在介质(具体是流体介质)中传播的波，且发现了其在精确清理或超声化学方面的应用，例如提取物质或颗粒沉淀。其目的具体是在以下部分产生超声：在流体中且接近要被处理的表面，以使得安装效率最大化，在要被处理的整个表面上方，所述表面可以具有数米的长度，具有对于表面处理尽可能均匀的幅度，以使得性能均一，沿与要被处理的表面垂直的方向，以限制损失且使得效率最大化。
技术介绍
流体介质中的高功率超声是超声化学的基础。高功率超声波超声很强的动态压力。在后者超过静态压力时，它们造成空穴。空穴(其以微泡的形式放大其自身)产生大量压力和热量形式的局部能量。由此输入到介质的能量可(取决于应用)激发或加速化学反应，将紧密连结或的材料分离或将流体溶液混合，所有这些效果都是超声化学领域的。例如，可以通过在包括溶剂的流体中产生空穴而更快地清理部件的表面。还可以在要被处理的表面(例如织物)上执行溶解于流体介质中的特定化合物的沉积，以赋予其抗菌性能。其他应用的例子涉及过滤器清淤、脱气、混合、乳化、提取和破碎。用于在流体中产生超声的优选器件包括通过机电转换器形成的换能器和设置为与流体接触的管形式的超声波发生器。机电转换器使得超声波发生器振动。垂直于超声波发生器表面的振动在流体中发出声波。机电转换器通常是兰杰文类型(Langevintype，即通过活性材料的堆叠结构形成)，是环形压电陶瓷类型(例如在柔性材料的两个平衡配重之间经预加压)，例如是金属类型。该内容公开于文件FR1260903和EP0342446中，具有如前所述的机电转换器，其具有各自的外部预加压系统(使得能使用活性材料的固体颗粒)且经由活性材料的所述堆的中心(减小体积并改善预加压的一致性)。活性材料的所述堆随后以其共振频率供应，这沿转换器的轴线以半个波长产生纵向振动。预加压能使得在振动幅度高时确保活性材料在所述堆的所有元件之间保持挤压和接触，由此防止活性元件的撞击和破坏，甚至在高质量因素的情况下也可以。在一侧与转换器接触且在另一侧与流体介质接触的超声波发生器是金属部件，通常用钢或钛制造，其通常采取圆柱形形状且其可以是实心或中空的。例如，文件US4537511公开了一种非浸没型换能器，其是基于与浸没到流体中的管固定结合的机电转换器。通过转换器和管形成的整个换能器在纵向模式下被以多个半个波长激励：换能器的长度是振动的半个波长的整数倍。通过该模式，所产生的最大振动是端部的纵向振动。其产生非常高压的波，这在其轴线上造成换能器的最大空穴。然而，可以不装配串行设置的两个换能器，因为所产生的轴向空穴将扰乱或甚至损坏位于附近的换能器。进而，径向振动确实被产生，但是其幅度比轴向振动低。已知的换能器因此对于产生径向振动来说并不是优化的，这降低了基于在管周围使用声能量的方法的效率。此外，由于在管的一侧执行管激励，所以沿管的径向振动相对于与轴线垂直且经过管中心的平面是不对称的。在从机电转换器运动离开时沿管的振动减小。文件EP1065009公开了对管的一些几何结构方面的设计，使得管能被调节以匹配机电转换器，以尽可能使得换能器的效率最大化。该文件还公开了一种构造的示意图，其具有几个管和几个连续的转换器以及具有用于一个管的两个转换器(在管的每一个端部有一个转换器)，以便增加通过这些换能器执行的可处理长度。这些构造是基于转换器的轴向振动。它们存在的缺点是不提供用于实现均匀径向振动的器件。具有用于管形式的超声波发生器的两个转换器的换能器的构思随意在文件US5200666中被详细公开，其名称是推拉式换能器(pushpulltransducer)。换能器使用纵向模式。在换能器中心的管产生径向振动，而不是两个端部。沿换能器的声场不是均匀的，原因如下。在所有的前述管状换能器构造中，管被纵向振动激励；管中机械振动的波长是管的纵向尺寸的整约数(integralsubmultiple)。后者因此必须被调节到所需的运行频率。在材料中半个波长(两个波节之间的距离)λ/2等于介质的波速c对频率f的比的一半。λ/2＝1/2c/f.对于频率f＝20kHz，在钢中c＝5600m/s，则半个波长(2个波节之间的距离)λ/2＝14cm。在钛中c＝4900m/s，λ/2＝12cm。以这种方式产生的振动存在缺陷，因为对于管来说，振动波节之间的距离为约12到14cm。但是在它们面对不产生任何振动的波节时，流体中声场被减小，这是大区域中不存在空穴的原因。这种大的半个波长因此造成空穴区域的低均匀性，这在涉及执行表面处理时是不利的。在例如在织物上进行沉积的应用中，这会造成沉积的不规律且因此造成很差的处理质量。此外，由于通过流体提供的缓冲和振动的纵向起源，管上每一个波腹的径向振动幅度随距发电机的距离而减小。实际上，与第一个波腹的振动相比，第五个波腹的振动被除以2到3。使用五个14cm的半个波长的钢超声波发生器具有70cm的长度。纵向半个波长的数量等于5(其为实际上的最大值)，该70cm的长度也是实际上的最大值。在具有两个转换器的构造中，结构是对称的。由于前述的通过纵向模式引起的限制，可以将该长度限制加倍，但是不超过1.5m，除非采用具有非常不均匀振动幅度的超声波发生器。进而，其缺陷是，仅超声波发生器能如水，且换能器不能在25kHz下用于对具有长度大于1.5m的大部件进行超声化学处理。不能串行装配几个换能器，因为转换器不能如水，且其沿换能器轴线的纵向振动将对附近的换能器产生有害效果。因为这种尺寸和均匀性方面的限制，不能容易地处理大部件。但是，存在对大部件进行超声波清理的需要或对超声化学处理的需要。文件EP0542016公开了具有几个频率的信号的叠加方法，以便改善所发出振动波的均匀性。虽然其在理论上是高效的，但是这种方案需要使用昂贵的且复杂的电子器件。其不能解决大尺寸部件处理的问题。文件US6342747公开了对称管状换能器，其包括在机电转换器每一侧上的两个一半的管。该换能器基于单个中央转换器，其将轴向振动传递到两个管状共振器。换能器在管的纵向振动模式下运行。在这种构思中，不会在换能器的中央区域产生径向振动。该区域中没有径向振动将导致声场的大幅减小和空穴的消失。沿换能器的声场将因此基本上是不均匀的。进而，在该构思中，通过理论上的遮罩系统可以使得转换器浸没，所述系统与可能的框架的连接未被详细描述。此外，该构思不能实现用于解决换能器长度问题和大部件处理问题的任何调整型。文件US4016436和US5994818提出了一种构思，所述构思是基于常规机电转换器，所述机电转换器设置为在浸没到流体中的管状超声波发生器中运动。通过转换器产生的径向振动激励在径向模式下激励超声波发生器。所述的一些构造通过置于端部处的两个转换器而执行对管的激励。在这两个文件中，换能器不浸没且不能串序使用以处理大部件。图1A显示了根据文件US4537511中所述的现有技术的换能器(1)的示意性截面图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管状超声波换能器，用于在流体介质中传播声波，且包括：机电转换装置(2，9a，9b)，具有与用于将振动传递到流体介质的至少一个金属管(3，12a，12b)相关的有源元件，转换装置的电源线缆(37、38、39、40)，和，所述转换装置的有源元件的预加压装置(22a，22b)，其特征在于，转换装置包括在联接件(10、25)的每一侧上轴向布置在管(12a，12b)中的两个电机械转换器(9a，9b)，所述联接件位于管的中央部分中且与管接触，且管的每一个端部配备有管帽(11a，11b)，所述组件形成具有径向振动的能浸没的对称模块。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.15 FR 14624511.一种管状超声波换能器，用于在流体介质中传播声波，且包括：机电转换装置(2，9a，9b)，具有与用于将振动传递到流体介质的至少一个金属管(3，12a，12b)相关的有源元件，转换装置的电源线缆(37、38、39、40)，和，所述转换装置的有源元件的预加压装置(22a，22b)，其特征在于，转换装置包括在联接件(10、25)的每一侧上轴向布置在管(12a，12b)中的两个电机械转换器(9a，9b)，所述联接件位于管的中央部分中且与管接触，且管的每一个端部配备有管帽(11a，11b)，所述组件形成具有径向振动的能浸没的对称模块。2.如权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于每一个模块的有源元件的预加压装置(22a，22b)包括穿通的轴向通道，以使得邻近模块和相对的转换器的电源线缆(37、38、39、40)能够从中经过。3.如权利要求1或2所述的超声波换能器，其特征在于两个机电转换器(9a，9b)由AC电压以相同相位或相反相位供电，以分别实现管的第一径向振动模式(4b)或管的第二轴向振动模式(4c)。4.如权利要求1到3中任一项所述的超声波换能器，其特征在于每一个机电转换器包括有源元件(19a，19b，19c，19d)的堆叠结构和布置为与共用中央联接件(10)相对的平衡配重(21a，21b)。5.如权利要求4所述的超声波换能器，其特征在于通过经过两个转换器和联接件的中空杆(23a、23b)和用于挤压有源元件的堆叠...

【专利技术属性】
技术研发人员：T弗利希尔，N本谢赫，F克拉埃森，A佩吉斯，
申请(专利权)人：锡德雷特技术公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR