專利名稱：大功率復(fù)合壓電換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲波儀器。特別是涉及一種用于石油勘探和開發(fā)過程中低滲油層改造和孔隙堵塞的超聲波處理的大功率復(fù)合壓電換能器。
背景技術(shù)：
低滲井需要壓裂改造或超聲波作業(yè)才能夠增加其滲透率，提高原油產(chǎn)量。在采油過程中注入的水中含一定的雜質(zhì)、這些雜質(zhì)經(jīng)常會堵塞砂巖地層的孔隙吼道，最終導(dǎo)致原油產(chǎn)量降低。過去用酸進行清洗，污染地層和套管，現(xiàn)在嘗試用超聲波方法進行解堵，取得了一定的效果。專利號為2L95111968. 0公開了一種用于該作業(yè)的大功率信號發(fā)生器。與該發(fā)生器配套的換能器有兩種一種用玻璃鋼將多個壓電晶體管纏繞在一起構(gòu)成發(fā)射單元， 另外一種用薄鋁管套在壓電管的外面，用銅管襯在壓電管的里面，給壓電管增加預(yù)應(yīng)力，構(gòu)成振動單元。還有一種是用鋼絲纏繞在壓電管的外面，給壓電管增加預(yù)應(yīng)力，構(gòu)成振動單元。實驗證明用鋁管套在壓電管的外面所形成的振動單元所激發(fā)的振動能量比較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠使換能器所能夠承受的電流更大的大功率復(fù)合壓電換能器。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種大功率復(fù)合壓電換能器，包括有質(zhì)量塊，設(shè)置在質(zhì)量塊上面的鋁套管，通過內(nèi)襯銅管固定鑲嵌在鋁套管內(nèi)側(cè)的壓電管，設(shè)置在鋁套管頂端的連接頭，設(shè)置要連接頭上端的壓電陶瓷晶堆，所述的質(zhì)量塊、鋁套管、連接頭和壓電陶瓷晶堆通過貫穿中心的預(yù)應(yīng)力螺桿固定連接。所述的壓電陶瓷晶堆是由多個結(jié)構(gòu)相同的壓電陶瓷晶片組成。所述的預(yù)應(yīng)力螺桿貫穿質(zhì)量塊、內(nèi)襯銅管、壓電管、鋁套管、連接頭和壓電陶瓷晶堆的中心，上、下兩端通過螺母分別固定在壓電陶瓷晶堆和質(zhì)量塊的外側(cè)端部。所述的鋁套管的長度與半徑之比為3-5。本發(fā)明的大功率復(fù)合壓電換能器，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。在晶堆加電壓以后產(chǎn)生縱向振動，從而引起薄圓管的縱向振動，管子的縱向振動轉(zhuǎn)化為徑向振動，從而使管子的徑向位移增大，使換能器的發(fā)射功率增加。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1:質(zhì)量塊 2:內(nèi)襯銅管3:壓電管 4:鋁套管5:連接頭 6:壓電陶瓷晶堆7 預(yù)應(yīng)力螺桿
具體實施例方式下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的大功率復(fù)合壓電換能器做出詳細說明。長薄鋁套管的振動模態(tài)是激發(fā)換能器能量的關(guān)鍵因素。薄鋁套管振動時既有徑向位移也有縱向位移，兩者是相互耦合的，利用這種耦合關(guān)系，我們可以進一步增加換能器的激發(fā)能量。即在薄鋁套管縱向上加預(yù)應(yīng)力，這樣，薄鋁套管更容易被激發(fā)振動，為了增加縱向振動位移，我們在縱向上還增加了晶堆，使其與薄鋁套管一起振動，這樣，在進一步增加薄鋁套管縱向振動位移的同時，該位移通過薄鋁套管轉(zhuǎn)換為徑向振動，使薄鋁套管的徑向振動位移更大，壓電管與晶堆共同承受電流，使換能器所能夠承受的電流更大。如圖1所示，本發(fā)明的大功率復(fù)合壓電換能器，包括有質(zhì)量塊1，設(shè)置在質(zhì)量塊1上面的薄鋁套管4，通過內(nèi)襯銅管2固定鑲嵌在薄鋁套管4內(nèi)側(cè)的壓電管3，設(shè)置在薄鋁套管 4頂端的圓形金屬連接頭5，設(shè)置要圓形金屬連接頭5上端的壓電陶瓷晶堆6，在薄鋁套管內(nèi)部安裝有圓筒狀壓電管，壓電管內(nèi)襯銅管，使其與薄鋁套管緊密接觸，給壓電管徑向增加預(yù)應(yīng)力。在壓電管之下配有質(zhì)量較大的金屬質(zhì)量塊，其作用為減小壓電管縱向位移，使壓電管的縱向振動最大限度地轉(zhuǎn)化為徑向振動，從而使管子的徑向位移增大，使換能器的功率增加。所述的質(zhì)量塊1、鋁套管4、連接頭5和壓電陶瓷晶堆6通過貫穿中心的預(yù)應(yīng)力螺桿 7固定連接。所述的預(yù)應(yīng)力螺桿7貫穿質(zhì)量塊1、內(nèi)襯銅管2、壓電管3、鋁套管4、連接頭5 和壓電陶瓷晶堆6的中心，上、下兩端通過螺母分別固定在壓電陶瓷晶堆6和質(zhì)量塊1的外側(cè)端部。所述的壓電陶瓷晶堆6是由多個結(jié)構(gòu)相同的壓電陶瓷晶片組成。所述的薄鋁套管 4的長度與半徑之比為3-5。給壓電陶瓷晶堆與圓筒狀壓電管同時加電壓，使壓電陶瓷晶堆縱向振動，圓筒狀壓電管徑向振動。薄鋁套管在縱向振動晶堆的聯(lián)合參與下，其徑向振動位移得到加強，使圓筒狀壓電管徑向上得到更加明顯的位移變化，從而提高了換能器的功率。本發(fā)明的大功率復(fù)合壓電換能器，用晶堆和薄鋁管套的壓電圓管共同構(gòu)成換能器的振動單元，用薄鋁套管給壓電管增加徑向預(yù)應(yīng)力，用螺桿壓緊晶堆給薄鋁套管縱向增加預(yù)應(yīng)力。晶堆和壓電管同時加電壓，同時振動，利用縱向和徑向振動的耦合關(guān)系，將縱向振動轉(zhuǎn)換為徑向振動。從而提高薄鋁套管徑向振動位移和能量。由于振動單元中的縱向晶堆和壓電圓管均加了預(yù)應(yīng)力，都能夠承受的大的振動位移。更重要的是薄鋁套管自身的振動特征構(gòu)成一個整體。其長度與半徑比為3-5，構(gòu)成了耦合更加密切的振動模式和振動單元。 多個這樣的振動單元組合構(gòu)成一個大功率超聲波換能器。
權(quán)利要求
1.一種大功率復(fù)合壓電換能器，其特征在于，包括有質(zhì)量塊(1)，設(shè)置在質(zhì)量塊(1)上面的鋁套管G)，通過內(nèi)襯銅管O)固定鑲嵌在鋁套管內(nèi)側(cè)的壓電管(3)，設(shè)置在鋁套管(4)頂端的連接頭(5)，設(shè)置要連接頭( 上端的壓電陶瓷晶堆(6)，所述的質(zhì)量塊(1)、 鋁套管G)、連接頭( 和壓電陶瓷晶堆(6)通過貫穿中心的預(yù)應(yīng)力螺桿(7)固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率復(fù)合壓電換能器，其特征在于，所述的壓電陶瓷晶堆 (6)是由多個結(jié)構(gòu)相同的壓電陶瓷晶片組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率復(fù)合壓電換能器，其特征在于，所述的預(yù)應(yīng)力螺桿(7) 貫穿質(zhì)量塊(1)、內(nèi)襯銅管O)、壓電管(3)、鋁套管G)、連接頭(5)和壓電陶瓷晶堆(6)的中心，上、下兩端通過螺母分別固定在壓電陶瓷晶堆(6)和質(zhì)量塊(1)的外側(cè)端部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率復(fù)合壓電換能器，其特征在于，所述的鋁套管(4)的長度與半徑之比為3-5。
全文摘要
一種大功率復(fù)合壓電換能器，包括設(shè)置在質(zhì)量塊上面的鋁套管，通過內(nèi)襯銅管固定鑲嵌在鋁套管內(nèi)側(cè)的壓電管，設(shè)置在鋁套管頂端的連接頭，設(shè)置要連接頭上端的壓電陶瓷晶堆，所述的質(zhì)量塊、鋁套管、連接頭和壓電陶瓷晶堆通過貫穿中心的預(yù)應(yīng)力螺桿固定連接。壓電陶瓷晶堆是由多個結(jié)構(gòu)相同的壓電陶瓷晶片組成。預(yù)應(yīng)力螺桿貫穿質(zhì)量塊、內(nèi)襯銅管、壓電管、鋁套管、連接頭和壓電陶瓷晶堆的中心，上、下兩端通過螺母分別固定在壓電陶瓷晶堆和質(zhì)量塊的外側(cè)端部。鋁套管的長度與半徑之比為3-5。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。在晶堆加電壓以后產(chǎn)生縱向振動，從而引起薄圓管的縱向振動，管子的縱向振動轉(zhuǎn)化為徑向振動，從而使管子的徑向位移增大，使換能器的發(fā)射功率增加。
文檔編號H04R17/00GK102547542SQ201210018778
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月20日
發(fā)明者孫迎花, 沈建國, 聶建華 申請人:天津大學(xué)