超声换能器制造技术

一种超声换能器，有一个顶端质量、一个末端质量、一个振动质量和两个可弹性变形的形变元件，其中，在顶端质量和末端质量之间有一个刚性的连接构件，振动质量设在顶端质量和末端质量之间，一个形变元件设在顶端质量和振动质量之间，一个形变元件设在末端质量和振动质量之间，并且形变元件中的至少一个由一个产生超声振动的或接收超声振动的换能器元件构成。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种超声换能器，具有一个顶端质量，一个末端质量、一个振动质量和两个可弹性变形的形变元件，其中，在顶端质量和末端质量之间备有一个刚性的连接构件，振动质量设在顶端质量和末端质量之间，一个形变元件设在顶端质量和振动质量之间，一个形变元件设在末端质量和振动质量之间并且形变元件中的至少一个被一个产生超声振动的或接收超声振动的换能器元件构成。譬如EP 0 209 238A2公开了一种这样的超声换能器。以往的、包括EP 0 209 238 A2公开的超声换能器的工作原理一般是基于，超声换能器的尺寸至少沿一个空间方向发生变化。这可以譬如是超声换能器的长度变化。在作为超声接收器的情况下，该长度变化通过所接收的超声振动被发生。在作为超声发生器的情况下，在超声换能器中备有一个产生超声振动的换能器元件，该换能器元件造成超声换能器的相应的长度变化。这种超声发生器一般是借助一个振荡的控制电压受到控制，使超声发生器完成一种与该振荡的、一般为正弦形的控制电压成比例的、机械振动。由电的控制信号至机械振动的相应转换经由一在前面提及的换能器元件完成，该换能器元件譬如被一个压电元件构成。而现有技术还公开了其它的换能器元件，譬如那些借助基于应用磁力的装置把振荡的、电的控制信号转换成机械振动的换能器元件。在作为超声发生器的情况下被超声换能器产生的超声振动或者在作为超声接收器的情况下被超声换能器接收的超声振动被超声换能器发送到另一个物体上或者被该另一物体接收，其具体的做法在于，超声换能器是与该物体固定连接的。为此，超声换能器可譬如是与该物体焊接的或是与该物体螺纹连接的。不过，也不一定非要让超声换能器直接固定在超声振动应被馈入其内的、或者超声振动应被其接收的该物体上。就是说，可规定与该物体有间距的超声换能器，其中，在超声换能器和该物体之间则需要有一个以一个超声波导体为表现形式的连接构件。如前所述，以往的超声换能器的工作原理建筑在如下基础上，即在工作过程中，这些超声换能器的长度发生变化。而在这种超声换能器固定在一个超声波应被馈入其内的、或者超声波应被其接收的物体上的情况下，通过固定，超声换能器的机械性能和声学性能发生变化。就是说，通过超声换能器在该物体上的机械固定，有时引起强烈的阻尼效应和衰减效应，使超声换能器的振动性能发生巨大的变化。为了仍然能把超声换能器有效地固定在一个物体上，因此，往往需采取耗资很大的谐振匹配和/或阻抗匹配措施。而这一般意味着提高成本费用并且在每次重新安装这种超声换能器时需耗费很长时间。因此，本专利技术的任务在于提供一种这样的超声换能器，该超声换能器的振动性能通过该超声换能器在一个外部的物体上的安置不受到影响，使谐振匹配要求和/或阻抗匹配要求得以避免。本专利技术的、用以解决以上任务的超声换能器的特征在于，相对于顶端质量和末端质量，振动质量可进行自由地跟随由换能器元件所产生或者接收的超声振动的振动。为了能使振动质量的振动自由地跟随由换能器元件产生或者接收的超声振动，要求没有与振动质量的自由振动相反的力作用在振动质量上。据此，特别是在振动质量为一方和末端质量及顶端质量为另一方之间不得存在刚性的连接。这还产生如下结果，即基于振动质量的跟随超声振动的振动，总体上不产生超声换能器的长度变化。超声换能器的这种总体长度变化肯定会相当于顶端质量相对于末端质量的相向运动或者背离运动。而通过振动质量为一方和顶端质量及末端质量为另一方之间的只经由形变元件的耦合，基于振动质量进行的振动，没有会导致顶端质量相对于末端质量的相对运动的力能被作用到顶端质量或末端质量上，据此，也不造成超声换能器的长度变化。现采用了概念“顶端质量”和“末端质量”，但这不意味着，这些构件必须是“特别重的”质量。就是说，特别是就顶端质量和末端质量而言，它们均是一块简单的板，板的质量只须如此之大，即该板的在材料和所选择的形状的条件下以该质量所产生的稳定性足以理想地使用超声换能器。其中，就材料、形状和/或本身的质量，即重量而言，末端质量和顶端质量可以是相同的，也就是，在不会影响到专利技术的原理的情况下，末端质量和顶端质量也可以是不同的。具体说，通过作为末端质量或者顶端质量的相互不同结构的构件，超声换能器的特殊的、适应各不相同的要求的振动性能可被达到。为了把本专利技术的超声换能器固定在一个超声振动应被馈入其中的或者超声振动应被其接收的物体上，可以有不同的布置。超声换能器可以是譬如借助顶端质量机械地固定在该物体上的。超声振动则经过顶端质量被馈入该物体中或者经过顶端质量被该物体接收。但是，顶端质量也可以由物体本身构成，该物体内馈入了由超声换能器产生的振动，或者接收借助超声换能器待接收的超声振动。据此，在尚未固定在该物体上的超声换能器中似乎去掉了顶端质量，使超声换能器的最终装配通过没有顶端质量的超声换能器在该物体上的安置才算完成，该物体随后自身起到顶端质量的功能。最后的一种可能性在于，经由振动质量把超声振动馈入该物体中或者被该物体接收。为此，超声换能器借助振动质量被固定在该物体上，而顶端质量和末端质量不与该物体连接。据此，在工作中，振动质量相对于该物体保持固定，而顶端质量和末端质量相对于该物体进行振动。原则上，可以完全没有应力地设置由被形变元件包围的振动质量、顶端质量和末端质量构成的系统。而专利技术的一个优选的实施形式规定，被形变元件包围的振动质量是预紧地夹持在顶端质量和末端质量之间的。具体地说，即可规定，顶端质量和末端质量之间的刚性连接由一个杆构成，沿超声换能器的纵向看，该杆是最好设置在中央的。顶端质量和末端质量则可借助该杆预紧地相互连接，使设置在顶端质量和末端质量之间的、被形变元件包围的振动质量也是预紧地被夹持的。顶端质量与末端质量的这种连接及相应的预紧借助现有技术，譬如EP 0 209 238 A2所公开的装置实现。如按照专利技术所要求的那样，振动质量可自由地振动，在备有一个上述的、使顶端质量与末端质量相连的杆的情况下，实现振动质量的自由振动的有利措施在于，振动质量不与该杆固定连接。而其中，振动质量与该杆的接触是可能的，该接触相当于在振动质量振动时的滑动接触并从而基本上为振动质量起到导向作用。然而，除了在该导向时出现的、小的摩擦力之外，通过连接杆，没有其它的力作用到振动质量上。为此，按照专利技术的一个优选实施形式，规定该杆不与振动质量相连地穿过一个在振动质量中最好是中央设置的孔。据此，如果在振动质量中设置的孔的直径只是稍大于杆的直径，则杆的导向功能问题也可得以解决。如前所述，要求形变元件中的至少一个形变元件是一个可用其产生超声振动的或者超声振动可被其接收的元件。一个这样的形变元件是一个所谓的活性元件，而第二个形变元件可以是一个所谓的惰性元件，该惰性元件恰好没有产生或者接收超声振动的功能，但可被动地跟随超声振动并从而使振动质量的按专利技术所要求的、相对于顶端质量和末端质量的自由振动成为可能。然而，按照本专利技术的一个优选实施形式，规定两个分别设在振动质量的相对侧部的形变元件由产生超声振动的或者接收超声振动的换能器元件构成，即为活性元件。据此，譬如本专利技术的超声换能器的对称性能及效率均得到改善。如果超声换能器是一个超声发生器，则在备有两个活性元件作为形变元件的情况下，按照本专利技术的一个优选实施形式本文档来自技高网...

【技术保护点】
超声换能器，具有一个顶端质量（１）、一个末端质量（２）、一个振动质量（３）和两个可弹性变形的形变元件，其中，在顶端质量（１）和末端质量（２）之间备有一个刚性的连接构件，振动质量（３）设在顶端质量（１）和末端质量（２）之间，一个形变元件设在顶端质量（１）和振动质量（３）之间，一个形变元件设在末端质量（２）和振动质量（３）之间并且形变元件中的至少一个由产生超声振动的或接收超声振动的换能器元件（４）构成，其特征在于，相对于顶端质量（１）和末端质量（２），振动质量（３）可进行自由地跟随由换能器元件（４）产生的或者接收的超声振动的振动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：M普罗基克，
申请(专利权)人：克洛纳测量技术公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]